專利名稱：三聯(lián)吡啶釕摻雜的Ag@SiO₂熒光納米粒子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Ag@Si02熒光納米粒子及其制備方法。特別是一種三聯(lián)吡啶釕 Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子及其制備方法。
背景技術(shù)：
以有機(jī)熒光染料為熒光探針的熒光檢測在生物科學(xué)，生物工藝學(xué)，以及診斷學(xué)等 領(lǐng)域是常用的分析測試技術(shù)，但對超微量目標(biāo)分子或弱熒光分子體系，該熒光檢測技術(shù)由 于檢測靈敏度等原因仍然存在一定的局限性，因而多年來人們一直致力于探尋各種物理和 化學(xué)的途徑來增強(qiáng)熒光探針的熒光強(qiáng)度。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)通過將許多熒光 染料分子包裹在同一個(gè)硅球中制備出核殼型硅熒光納米顆粒，由于一個(gè)硅殼內(nèi)可同時(shí)包裹 大量的熒光分子，因此可以大大提高熒光強(qiáng)度與檢測靈敏度。而且由于二氧化硅殼層的作 用，使納米粒子具有良好的水溶性、生物相容性及表面易修飾的性能。該類型納米粒子在生 物分析等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。貴金屬具有金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)，即由于貴金屬的表面 等離子體共振與熒光分子的相互作用，使熒光分了的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)具 有增加熒光分子的熒光量子產(chǎn)率、提高光衰減速率與光穩(wěn)定性等作用。因此，如果將有機(jī)熒 光染料制備成貴金屬為內(nèi)核、二氧化硅為殼、有機(jī)熒光染料摻雜在硅殼中的核殼型納米粒 子，利用貴金屬的金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)，可進(jìn)一步提高納米粒子的熒光強(qiáng)度及其作為熒光探 針的檢測靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種三聯(lián)吡啶釕Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒 子。本發(fā)明的目的之二在于提供該熒光納米粒子的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子，其特征在于該熒光納米 粒子以三聯(lián)吡啶釕摻雜的銀為內(nèi)核，在三聯(lián)吡啶釕的表面覆蓋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅，在二 氧化桂表面帶有活性氨基基團(tuán)，其中三聯(lián)吡啶釕與銀的質(zhì)量比為1 5 1 10;內(nèi)核與 二氧化硅的質(zhì)量比為1 5 1 12，且每毫克納米粒子含有70 80nmol氨基上述的該熒光納米粒子為規(guī)則球形，平均粒徑為55 65nm，其中三聯(lián)吡啶釕摻雜 的銀核的粒徑為18 26nm，硅殼的厚度均為18 22nm到。一種制備上述的三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子的方法，其 特征在于該方法的具體步驟為將環(huán)己烷，正己醇和Triton X-100按4 1 0. 9 6:1: 1.2的體積比攪拌混合均勻，加入Ru(bpy)3*可溶性銀鹽的水溶液，其中Ru(bpy)3 和可溶性銀鹽的摩爾比為1 5 1 0. 2;Triton X-100與Ru (bpy) 3的摩爾比為 3950 1 4000 1 ；攪拌至溶液澄清透明；再加入還原劑，該還原劑與可溶性銀鹽的摩 爾比為2060 1 206 1;再依次按20 1 10 25 1 15的體積比加入正硅酸
3乙酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和氨水，其中正硅酸乙酯與Ru(bpy)3的摩爾比為24 1 28 1;避光攪拌下反應(yīng)22 26小時(shí)；加入丙酮破乳，超聲分散，離心除去上清液，然后 分別用無水乙醇和超純水洗滌以除去表面活性劑和未反應(yīng)的原料雜質(zhì)，真空干燥后，得到 Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02核殼納米粒子上述的可溶性銀鹽為硝酸銀。上述的還原劑為水合胼、硼氫化鈉或檸檬酸鈉。本發(fā)明利用簡單的反相微乳液法制備了一種新型的三聯(lián)吡啶釕摻雜的核殼型Ag@ Si02納米粒子。該納米粒子除了具有強(qiáng)的熒光信號外，還具有良好的光穩(wěn)定性、良好的水溶 性與生物相容性，納米粒子表面帶有活性基團(tuán)氨基，可不需要進(jìn)行表面修飾而直接與生物 分子反應(yīng)。


圖1為本發(fā)明的Ru(bpy)3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子的TEM照片。圖2為本發(fā)明的Ru(bpy)3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子的HRTEM照片。圖3為Ru(bpy)3濃度同為0. 08mg/mL時(shí)的兩種納米粒子的熒光光譜，其中(a)為 Ru (bpy) 3摻雜的AgiSi02納米粒子，(b)為Ru (bpy) 3摻雜的Si02納米粒子。圖4為lmg/mL的三種核殼納米粒子的紫外-可見吸收光譜.圖5為本發(fā)明的納米粒子熒光強(qiáng)度與硝酸銀濃度的關(guān)系。圖6為本發(fā)明的納米粒子熒光強(qiáng)度與還原劑種類的關(guān)系。圖7為本發(fā)明的納米粒子光漂白實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖8為APTMS (A)和Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子(B)與水合茚三酮反應(yīng)后 的紫外-可見光譜。圖9為氨基濃度測定的工作曲線。
具體實(shí)施例方式一、試劑與儀器三聯(lián)吡啶釕(Ru(bpy)3)、TritonX-100、NaBH4、3_氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS) 購自SIGMA公司；AgN03、水合胼、檸檬酸納購自中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司；正己 醇、正硅酸乙酯(TE0S)、氨水購自上海豪申化學(xué)試劑有限公司；上述試劑均為分析純試劑。 實(shí)驗(yàn)用水均為超純水(18MQ)。CR21G II高速冷凍離心機(jī)(日本Hitachi公司)；F-7000型熒光分光光度計(jì)(日 本Hitachi公司)；U-3010型紫外-可見分光光度計(jì)(日本Hitachi公司)JEOL 200CX透 射電子顯微鏡(日本電子株式會社)二、實(shí)驗(yàn)方法1. Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02核殼熒光納米顆粒的制備將1. 77mL環(huán)己烷、7. 5mL正己醇、1. 8mL Triton X-100依次加入圓底燒瓶中，攪拌 20分鐘使其混合均勻，加入400 ii L含Ru (bpy) 3 (2mg/mL)和AgN03 (0. 05mol/L)的水溶液，攪 拌20分鐘至溶液澄清透明。待微乳液體系穩(wěn)定后，加入50 y L水合胼，再依次加入100 u L TE0S和5iiL APTMS，10分鐘后加入60 iiL氨水，避光攪拌下反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)完成后加入
4適量丙酮破乳，超聲分散，離心(12000轉(zhuǎn)/分)后除去上清液，然后分別用無水乙醇和超純 水各洗二次以除去表面活性劑和未反應(yīng)的原料等雜質(zhì)，真空干燥后，得到Ru (bpy) 3摻雜的 AgiSi02核殼納米粒子。在其它條件相同的情況下，改變AgN03濃度及還原劑種類，分別制備不同AgN03濃 度及不同種類還原劑時(shí)的納米粒子。在其它條件相同的情況下，不加入AgN03，制備Ru (bpy) 3摻雜的Si02納米粒子，作 為對照。圖1和圖2為合成Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子的TEM及HRTEM照片，圖1為 TEM圖，可以看出所制得的納米粒子單分散性良好，呈規(guī)則球狀，大小比較均勻，直徑范圍在 60士5nm，圖2為HRTEM圖，可以看到清晰的銀核硅殼結(jié)構(gòu)，其中銀核的粒徑及硅殼的厚度均 約為20nm。圖3為兩種納米粒子的發(fā)射熒光光譜圖，可以看出，兩種納米粒子的熒光光譜圖 相似且最大發(fā)射波長均為590nm，但Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02熒光納米粒子在最大發(fā)射峰處 的熒光強(qiáng)度較Ru(bpy)3摻雜的Si02熒光納米粒子提高了 2. 5倍，這是由于在Ru(bpy)3摻 雜的Ag@Si02納米粒子中銀的金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)造成的。圖4為三種核殼納米顆粒的紫外-可見吸收光譜，由圖可以看出Ru(bpy)3摻雜的 Si02納米粒子有兩個(gè)特征吸收峰，其中在280納米左右的吸收峰是由Ru(bpy)3的3個(gè)聯(lián) 吡啶配體產(chǎn)生的，在452納米的吸收峰是能量由聯(lián)吡啶配體轉(zhuǎn)移給中心釕離子形成的；Ag@ Si02也有兩個(gè)吸收峰，其中270納米左右的吸收峰是由Ag4+團(tuán)簇體產(chǎn)生的，而在410納米的 吸收峰則是由納米銀表面等離子體共振產(chǎn)生的。與前者相比，Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米 粒子除了 452納米有個(gè)Ru (bpy) 3的特征吸收峰外，其270-280納米左右出現(xiàn)一個(gè)較寬的峰， 這是由聯(lián)吡啶配體和Ag4+團(tuán)簇共同作用產(chǎn)生的，同時(shí)在410納米處，納米銀表面等離子體共 振的吸收峰與Ru (bpy) 3的吸收峰有部分重合，從而產(chǎn)生金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)，使Ru (bpy) 3的 熒光增強(qiáng)。AgN03用量和還原劑種類對納米粒子熒光性質(zhì)的影響如圖5所示。由圖可以看出當(dāng) 加入的AgN03的量和使用還原劑不同時(shí)，制備的Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子的發(fā)射光 譜圖形和最大發(fā)射波長并無明顯變化，但熒光強(qiáng)度不同。如圖5所示，均采用水合胼作還原 劑，當(dāng)加入AgN03的濃度由0增大到0. 001和0. 005mol/L時(shí)，熒光強(qiáng)度逐漸增大。繼續(xù)增大 AgN03濃度由0. 005到0. 01和0. lmol/L時(shí)，熒光強(qiáng)度則逐漸降低。這是由于當(dāng)AgN03濃度 較低時(shí)，增大AgN03的濃度有利于形成數(shù)量較多的納米銀粒子，而當(dāng)AgN03的濃度大到一定 程度時(shí)，體系中形成的納米銀微粒數(shù)量迅速增加，微粒之間的碰撞頻率急劇上升，從而導(dǎo)致 粒子之間發(fā)生聚集形成大尺寸的納米顆粒并從溶膠中沉降出來反而使熒光強(qiáng)度降低。由圖 6顯示采用三種不同還原劑，得到的納米粒子的熒光強(qiáng)度不同，其中以水合胼作還原劑時(shí)熒 光強(qiáng)度最高。這是由于相對其它兩種還原劑，在微乳液體系中以水合胼作還原劑時(shí)可以獲 得數(shù)量較多、粒徑較大的納米銀粒子，使得金屬熒光增強(qiáng)效應(yīng)更為明顯。2.光漂白實(shí)驗(yàn)將適量的純Ru (bpy) 3、Ru (bpy) 3摻雜的Si02納米粒子及Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02 納米粒子分別溶于一定量的超純水中，以100W氙燈作為激發(fā)光源分別對三種溶液進(jìn)行照 射，樣品距氙燈的距離為5cm，每隔15分鐘測量一次最大發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度，共測試
590min,觀測三種溶液熒光強(qiáng)度的變化。如圖7所示，純?nèi)?^》3染料經(jīng)過1. 5小時(shí)的氙燈照射后熒光強(qiáng)度衰減了 56%左 右，Ru (bpy) 3摻雜的Si02納米粒子衰減了約10%，而Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子的 熒光強(qiáng)度卻沒有下降，這表明有硅殼的納米粒子由于硅殼的保護(hù)作用使其抗光漂白能力增 強(qiáng)，而有銀核的納米粒子相對沒有銀核的納米粒子，其抗光漂白性又有進(jìn)一步提高，這是由 于銀的金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)，Ru(bpy)3的光輻射衰減速率加快而使其光穩(wěn)定性增加3.納米粒子表面氨基的測定為了測定納米顆粒表面氨基，向三只5. OmL的離心試管中分別加入lmg Ru(bpy)3 摻雜的Si02納米粒子、lmg Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子和5 u LAPTMS，然后向每只試 管中加入lmL超純水，再加入lmL 1 X l(T5mol/mL的水合茚三酮水溶液和100 u L 0. lmol/ LNaOH水溶液。80°C水浴加熱5分鐘，冷卻后用紫外-可見分光光度計(jì)測量其在563nm的吸光度。由于在制備時(shí)利用APTMS與TE0S共水解與聚合作用，直接將APTMS分子中的氨基 一次性地被引入到了 Ru(bpy)3摻雜的Ag@Si02納米粒子的表面，因此制備的納米粒子可直 接用于生物分子的標(biāo)記，省卻了原來繁瑣的納米熒光微粒表面修飾步驟。為了定量的測定 納米顆粒表面氨基數(shù)量，參照文獻(xiàn)報(bào)道的方法利用水合茚三酮與氨基反應(yīng)生成一種在563 納米左右有吸收的藍(lán)紫色物質(zhì)，我們對制備的納米粒子的表面氨基進(jìn)行了測定。結(jié)果如圖 8所示，APTMS和所制備的Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子再與水合水合茚三酮反應(yīng)后在 563納米初均有吸峰，說明所制備的納米粒子表面直接帶有氨基。為了測定Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02納米粒子的表面氨基數(shù)量，以APTMS作為 標(biāo)準(zhǔn)物測量563nm處的吸光度做標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，如圖9所示。得相關(guān)直線方程為y = 0. 00155x-0. 00362，相關(guān)系數(shù)為0. 996。將Ru (bpy) 3摻雜的AgiSi02納米粒子用同樣方法 測得563nm處的吸光度(假設(shè)納米粒子內(nèi)部的氨基不發(fā)生反應(yīng))代入上述方程，即可算出 納米球表面氨基的數(shù)量。結(jié)果為在加入5P1APTMS的條件下所制備的直徑為60nm左右的 納米粒子每毫克含有約78nmol氨基。本發(fā)明首次報(bào)導(dǎo)利用反相微乳液法制備了一種新型的Ru (bpy) 3摻雜的Ag@Si02核 殼熒光納米顆粒，結(jié)果表明，利用納米銀的金屬熒光增強(qiáng)效應(yīng)，相對沒有銀核的Ru (bpy) 3摻 雜的納米顆粒，這種納米顆粒具有更高的熒光強(qiáng)度和更好的光穩(wěn)定性，同時(shí)這種納米顆粒 呈規(guī)則球形，大小均勻，納米粒子表面帶有氨基，可不需表面修飾而直接與生物分子反應(yīng)。 因此該納米粒子有望作為新型熒光探針用于高靈敏熒光免疫分析、生物芯片和生物傳感器寸。
權(quán)利要求
一種三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)3摻雜的Ag@SiO2熒光納米粒子，其特征在于該熒光納米粒子以三聯(lián)吡啶釕摻雜的銀為內(nèi)核，在三聯(lián)吡啶釕的表面覆蓋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅，在二氧化桂表面帶有活性氨基基團(tuán)，其中三聯(lián)吡啶釕與銀的質(zhì)量比為1∶5～1∶10；內(nèi)核與二氧化硅的質(zhì)量比為1∶5～1∶12，且每毫克納米粒子含有70～80nmol氨基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy) 3摻雜的AgOSiO2熒光納米粒子，其特征 在于該熒光納米粒子為規(guī)則球形，平均粒徑為55 65nm，其中三聯(lián)吡啶釕摻雜的銀核的粒 徑為18 26nm，硅殼的厚度均為18 22nm到。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)3摻雜的AgOSiO2熒光納 米粒子的方法，其特征在于該方法的具體步驟為將環(huán)己烷，正己醇和Triton X-100按 4 1 0.9 6 1 1.2的體積比攪拌混合均勻，加入Ru (bpy) 3和可溶性銀鹽的水溶 液，其中Ru (bpy) 3和可溶性銀鹽的摩爾比為1 5 1 0. 2 ；Triton X-100與Ru (bpy) 3 的摩爾比為3950 1 4000 1 ；攪拌至溶液澄清透明；再加入還原劑，該還原劑與可溶 性銀鹽的摩爾比為2060 1 206 1;再依次按20 1 10 25 1 15的體積比 加入正硅酸乙酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和氨水，其中正硅酸乙酯與Ru (bpy) 3的摩爾比為 24 1 28 1;避光攪拌下反應(yīng)22 26小時(shí)；加入丙酮破乳，超聲分散，離心除去上清 液，然后分別用無水乙醇和超純水洗滌以除去表面活性劑和未反應(yīng)的原料雜質(zhì)，真空干燥 后，得到Ru (bpy) 3摻雜的AgOSiO2核殼納米粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy) 3摻雜的AgOSiO2熒光納米粒子的方法， 其特征在于所述的可溶性銀鹽為硝酸銀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy) 3摻雜的AgOSiO2熒光納米粒子的方法， 其特征在于所述的還原劑為水合胼、硼氫化鈉或檸檬酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)3摻雜的Ag@SiO2熒光納米粒子及其制備方法。該熒光納米粒子以三聯(lián)吡啶釕摻雜的銀為內(nèi)核，在三聯(lián)吡啶釕的表面覆蓋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅，在二氧化桂表面帶有活性氨基基團(tuán)，其中三聯(lián)吡啶釕與銀的質(zhì)量比為1∶1～1∶10；內(nèi)核與二氧化硅的質(zhì)量比為1∶5～1∶12，且每毫克納米粒子含有70～80nmol氨基。本發(fā)明利用簡單的反相微乳液法制備了一種新型的三聯(lián)吡啶釕摻雜的核殼型Ag@SiO2納米粒子。該納米粒子除了具有強(qiáng)的熒光信號外，還具有良好的光穩(wěn)定性、良好的水溶性與生物相容性，納米粒子表面帶有活性基團(tuán)氨基，可不需要進(jìn)行表面修飾而直接與生物分子反應(yīng)。
文檔編號C09K11/02GK101851502SQ201010186250
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者劉斌虎, 尹東光, 張樂, 張禮, 謝春娟 申請人:上海大學(xué)