專利名稱：一種近紅外發光生物熒光標記材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及近紅外發光材料，特別涉及ー種近紅外發光生物熒光標記材料及制備方法。
背景技術：
熒光探針技術由于高靈敏度、高選擇性、特性參數多、動態范圍寬而在許多學科領域的研究工作中發揮著重要作用。隨著熒光探針合成技術的不斷發展，其應用也愈加廣泛。傳統的有機熒光團主要有熒光素類染料、羅丹明類染料、菁染料、其他熒光染料等。這些有機染料吸收光譜較窄，發射光譜寬且交疊，水溶性較差，容易發生分解，不易與生物分子偶聯，穩定性較差；另外，生物體系的復雜性經常需要同時觀察幾種組分，如果用染料分子染色，則需要用不同波長的光來激發。因此，應用于生物等領域中就有一定的局限性。量子點與傳統的有機突光染料相比，具有寬激發、發射峰較窄并且對稱、發射波長可通過控制它的尺寸大小和組成來調節、熒光強度及穩定性是普通熒光染料的100倍左右、生物體系中幾乎沒有光漂白現象、生物相容性好等優點，這些特性使它們克服了有機熒光團作為探針而難以解決的問題，但是，量子點一般具有生物毒性，雖然通過包覆方法可以減弱毒性，可同時也減弱了它的光學性能，所以關于量子點在生物等領域中應用還在研究和探索中。稀土摻雜發光材料相對于有機染料和量子點材料，毒性低，但隨著稀土價格提升，使其研究和生產成本也越來越高。傳統的有機熒光團、量子點和稀土摻雜發光材料除了上述優缺點外，它們發光區域主要在可見光區域或IlOOnm以下的近紅外區域。目前，隨著生物醫學影像技術的不斷發展，近紅外熒光成像技術在生 物醫學研究領域得到了越來越多的關注和應用。其中，近紅外ニ區(IOOOnm 1400nm)熒光對生物組織穿透能力強，成像信噪比高，故該區域熒光成像技術在生物活體成像領域已展現出巨大潛力。
發明內容
為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供ー種近紅外發光生物熒光標記材料，是采用價格低的錳離子作為激活劑，無毒、發光強、化學穩定性好、耐水性能優良，其近紅外發光主要是在近紅外ニ區(IOOOnm 1400nm)，具有寬激發、發射峰較窄、壽命長、熒光強度及穩定性超過有機染料和量子點、生物體系中幾乎沒有光漂白現象、生物相容性好等優點。本發明的另ー目的在于提供上述近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法。本發明的目的通過以下技術方案實現—種近紅外發光生物突光標記材料,其晶體結構為菱形六面體結構，分子式為Ba3[P(1_x)Mnx04]2，其中 0. 002 ^ x ^ 0. 025。ー種近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，包括以下步驟
(I)按元素摩爾比Ba :P :Mn=3 :2(1-X) :2x，其中0. 002彡x彡0. 025，準確稱量含鋇化合物原料、含磷化合物原料及含錳化合物原料；(2)經過研磨混勻后，在溫度為300 500°C的條件下預燒3 8小吋；(3)將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900 1100°C下燒制10 20小吋，制得近紅外發光的錳摻雜熒光體粉末。步驟(3)之后還進行以下步驟(4)把制備好的近紅外發光突光體粉末分散在こ醇中，用飛秒激光在500 IOOOmff的功率下進行激光粉碎，得到直徑為20 80nm顆粒。所述含鋇化合物原料為碳酸鋇、碳酸氫鋇、硝酸鋇、氯化鋇、氧化鋇、草酸鋇和醋酸鋇等中的任ー種。所述含磷化合物原料為磷酸銨、磷酸ニ氫銨、磷酸氫ニ銨中的任ー種。所述含錳化合物原料為三氧化ニ錳、錳粉、碳酸錳、氯化錳、硝酸錳、醋酸錳及草酸錳等中的任ー種。與現有技術相比，本發明具有以下有優點與有益效果(I)本發明制備的近紅外發光生物熒光標記材料，具有在紫外區域和500 IOOOnm光譜區吸收，在激發波長為200 400nm和550 900nm光譜區的激發光激發下具有覆蓋1100 1300nm區間的近紅外熒光，其熒光壽命為約為500 600微秒；寬的激發光譜區、窄的發射光區域、在118 3nm附近處有很強的近紅外發光；無毒、發光強、化學穩定性好、耐水性能優良，穩定性超過有機染料和量子點、生物體系中幾乎沒有光漂白現象、生物相容性好。(2)本發明的近紅外發光生物熒光標記材料，以價格低的錳離子作為激活劑，制備成本低。(3)本發明的近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，可以在空氣中低溫(彡1100°C)燒制。
圖1為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的紫外-可見-近紅外吸收光レ曰。圖2為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇在發射波長為1183nm下的激發光譜。圖3為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇在激發波長為680nm下的發射光譜。圖4為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇分別在激發波長為260、300、690和800nm下的發射光譜。圖5為本發明的實施例1制備的不同濃度的錳離子(0. 2、0. 5、1、1.5、2.0、2. 5mol%)摻雜磷酸鋇的發射光譜，監測波長為1183nm，激發波長為680nm。圖6為本發明的實施例1制備的不同濃度的錳離子(0. 2、0. 5、1、1.5、2. O、
2.5mol%)摻雜對磷酸鋇的發光強度的影響。圖7為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的熒光衰減曲線，監測波長為1183nm,激發波長為680nm。圖8為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的熒光壽命和錳離子摻雜濃度(0. 2,0. 5、1、1. 5,2. 0,2. 5mol%)的關系。圖9為本發明的實施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇熒光強度與熒光壽命與溫度(10 300K)的關系。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進ー步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例1選取碳酸鋇、磷酸銨及 三氧化ニ猛作起始原料,按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別準確稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒5小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒制14小時，即得到五價錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光材料。把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在こ醇中，運用飛秒激光技術，在功率為800mW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。本實施例制備的錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光生物熒光標記材料在紫外區域和500 IOOOnm光譜區具有吸收(見圖1);其激發光譜峰帶在紫外區域(200 400nm)和500 900nm光譜區，三個激發峰峰位位于 260nm、300nm和680nm (見圖2);在激發波長為680nm的激發下可以產生峰位位于1183nm的近紅外發光，熒光覆蓋1100 130nm光譜區(見圖3);分別在260nm、300nm、690nm及800nm的激發光激發下，熒光覆蓋1100 130nm光譜區，發射峰峰位位于都在1183nm(見圖4)。不同濃度的錳離子摻雜磷酸鋇發射光譜(見圖5)及錳離子濃度對本發明制備的近紅外發光生物熒光標記材料的發光強度的影響(見圖6)，從圖6可知，錳離子的最佳摻雜濃度為lmol%左右。圖7顯示了錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光生物熒光標記材料熒光壽命曲線，圖8顯示了錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光生物熒光標記材料熒光壽命與錳離子摻雜濃度的關系。圖9顯示了溫度在10 300K范圍內變化對本發明制備的近紅外發光生物突光標記材料的突光壽命和突光強度的影響。實施例2選取硝酸鋇、磷酸氫ニ銨和硝酸錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒5小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小時，即得到五價錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體。把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在こ醇中，運用飛秒激光技術，在功率為500mW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80nm顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光材料的光譜性質及性能同實施例I中類似。
實施例3選取氯化鋇、磷酸ニ氫銨及氯化錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒5小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價錳摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體。運用現代飛秒激光技術，在功率為IOOOmW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光材料的光譜性質及性能同實施例1中類似。實施例4選取碳酸氫鋇、磷酸銨及草酸猛作起始原料,按照Ba3[P(1_x)MnxOJ2 (x=0. 2、0. 5、1、1.5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒5小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體。把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在こ醇中，運用現代飛秒激光技術，在功率為800mW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光材料的光譜性質及性能同實施例1中類似。實施例5 選取醋酸鋇、磷酸氫ニ銨及醋酸錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒4小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體。把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在こ醇中，運用現代飛秒激光技術，在功率為800mW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體的光譜性質及性能同實施例1中類似。實施例6選取硝酸鋇、磷酸ニ氫銨及錳粉作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1.5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預燒3小吋。將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體。把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在こ醇中，運用現代飛秒激光技術，在功率為800mW左右條件下進行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發光熒光體的光譜性質及性能同實施例1中類似。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，如含鋇的化合物原料還可為氧化鋇、草酸鋇等，含錳的化合物原料還可碳酸錳等，其他的任何未·背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種近紅外發光生物突光標記材料，其特征在于，其晶體結構為菱形六面體結構，分子式為 Ba3[P(1_x)MnxOJ2，其中 0. 002 ^ x ^ 0. 025。
2.—種近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)按元素摩爾比BaP Mn=3 2(l-x) :2x，其中0.002彡x彡0. 025，稱取含鋇化合物原料、含磷化合物原料及含錳化合物原料； (2)經過研磨混勻后，在溫度為300 500°C的條件下預燒3 8小時； (3)將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900 1100°C下燒制10 20小時，制得近紅外發光的熒光體粉末。
3.根據權利要求2所述的近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)之后還進行以下步驟 (4)把制備好的近紅外發光熒光體粉末分散在乙醇中，用飛秒激光在500 IOOOmW的功率下進行激光粉碎，得到直徑為20 SOnm顆粒。
4.根據權利要求2所述的近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，其特征在于，所述含鋇化合物原料為碳酸鋇、碳酸氫鋇、硝酸鋇、氯化鋇、氧化鋇、草酸鋇和醋酸鋇中的任一種。
5.根據權利要求2所述的近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，其特征在于，所述含磷化合物原料為磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的任一種。
6.根據權利要求2所述的近紅外發光生物熒光標記材料的制備方法，其特征在于，所述含錳化合物原料為三氧化二錳、錳粉、碳酸錳、氯化錳、硝酸錳、醋酸錳及草酸錳中的任一種。
全文摘要
本發明公開了一種近紅外發光生物熒光標記材料，其晶體結構為菱形六面體結構，分子式為Ba3[P(1-x)MnxO4]2，其中0.002≤x≤0.025。本發明還公開了上述材料的制備方法，包括以下步驟(1)按元素摩爾比稱取含有鋇、磷及的錳化合物原料；(2)經過研磨混勻后，控制溫度在300～500℃條件下預燒3～8小時；(3)將預燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900～1100℃下燒制10～20小時，制得近紅外發光的熒光粉末。本發明制備的熒光標記材料具有發光強、化學穩定性好、耐水性能優良、寬激發、發射峰較窄、壽命長、生物相容性好等優點。
文檔編號C09K11/71GK103045250SQ20121054405
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者曹人平, 邱建榮, 張芳騰, 馬志軍, 廖臣興 申請人:華南理工大學