包含金納米粒子的熒光粒子及其制造方法

包含金納米粒子的熒光粒子及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種熒光粒子及其制造方法。所述熒光粒子包含：金納米粒子；覆蓋所述金納米粒子的二氧化硅殼；以及分散在所述二氧化硅殼中的鑭系元素絡合物粒子。每個所述鑭系元素絡合物粒子可以包括：鑭系元素離子；鍵合到所述鑭系元素離子并包括磷的配基；以及鍵合到所述鑭系元素離子并具有β二酮官能團的配基。所述熒光粒子可以用肉眼觀察，并且可以在紫外光照射時發光。所述熒光粒子可用于檢測和分析生物材料樣品。
【專利說明】
包含金納米粒子的熒光粒子及其制造方法
技術領域
[0001] 本文公開的本發明涉及一種熒光粒子，更具體來說，涉及一種包含金納米粒子和 鑭系元素絡合物粒子的熒光粒子。
【背景技術】
[0002] 包含金屬例如金或銀的熒光粒子具有由于表面等離子體共振現象而改進的熒光 特性。所述熒光粒子可以提高靶分子的檢測靈敏度，因此可用于檢測DNA和/或RNA，執行生 物分析包括免疫，以及探測分子。此外，所述熒光粒子可用于測量裝置和化學裝置中。如上 所述，所述熒光粒子被廣泛用于分子生物學、材料科學、光子學和醫學科學。
[0003] 在將有機納米粒子施加到二氧化硅的過程中使用反相微乳液方法。在所述反相微 乳液方法中，有機納米粒子的粒徑和粒子分布可以被簡單地控制。例如，報道了通過所述反 相微乳液方法制造粒徑為數十納米的富勒烯-二氧化硅納米粒子的研究結果。在這種情況 下，富勒烯與二氧化硅通過共價鍵直接相連而不用單獨的連接物。
[0004]最近，生物技術和許多不同研究的技術已被混合和開發，并且影響各個不同領域。 其中，針對生物材料分析和檢測市場，已開發了許多技術。用于分析和測量生物材料的一種 方法是使用納米粒子或珠子的技術，其中測量在將所述生物材料附著于微粒或納米粒子的 側面時進行。
[0005] 當通過電子傳遞發射電子時出現熒光，此時處于激發態的材料通過由分子吸收光 子而返回到處于基態的材料。熒光材料吸收具有預定波長的能量以發射具有另一種波長的 能量。熒光材料包括被用作熒光染料或顏料的無機材料和有機材料，例如熒光墨水和熒光 涂料等。

【發明內容】

[0006] 技術問題
[0007] 本發明提供了一種可應用于測量生物材料的熒光粒子。
[0008] 本發明還提供了一種可以用肉眼觀察并且可以在紫外光照射時檢測的熒光粒子。
[0009] 技術方案
[0010] 本發明的實施方式提供了熒光粒子及其制造方法。所述熒光粒子包含金納米粒 子;覆蓋所述金納米粒子的二氧化硅殼;和分散在所述二氧化硅殼中的鑭系元素絡合物粒 子，其中每個所述鑭系元素絡合物粒子可以包括鑭系元素離子、鍵合到所述鑭系元素離子 并包括磷的配基和鍵合到所述鑭系元素離子并具有β二酮官能團的配基。
[0011] 在某些實施方式中，所述二氧化硅殼的表面可以具有親水性官能團。
[0012] 在其他實施方式中，所述包括磷的配基可以包括選自三辛基氧化膦和三辛基膦的 至少一者，并且所述β二酮配基可以包括選自4,4,4_三氟-1-(2-萘基)-1，3_ 丁二酮、4,4,4_ 三氟-1-( 2-噻吩基)-1，3-丁二酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮和苯偶酰的至少一者。
[0013] 在其他實施方式中，所述鑭系元素絡合物粒子還可以包括選自單水1，10-鄰菲咯 啉和2，2 聯吡啶的至少一者。
[0014] 在其他實施方式中，所述鑭系元素離子可以包括銪離子、鏑離子、釤(Sm)離子或鋱 離子。
[0015] 在本發明的其他實施方式中，用于制造熒光粒子的方法包括：制備金納米粒子和 鑭系元素絡合物粒子;通過硅前體的水解和縮合反應制造二氧化硅；以及通過向所述二氧 化娃添加所述金納米粒子和鑭系元素絡合物來制造包圍所述金納米粒子的二氧化娃殼，其 中所述鑭系元素絡合物粒子可以由于所述鑭系元素絡合物的團聚而形成在所述二氧化硅 殼中，并且每個所述鑭系元素絡合物粒子可以包括鑭系元素離子;鍵合到所述鑭系元素離 子并包括磷的配基;和鍵合到所述鑭系元素離子并具有β二酮官能團的配基。
[0016] 在某些實施方式中，所述金納米粒子的制備可以包括向金前體溶液添加表面活性 劑，以及還原所述金前體溶液。
[0017] 在其他實施方式中，所述包括磷的配基可以包括選自三辛基氧化膦和三辛基膦的 至少一者，并且所述β二酮配基可以包括選自4,4,4_三氟-1-(2-萘基)-1，3_ 丁二酮、4,4,4_ 三氟-1-( 2-噻吩基)-1，3-丁二酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮和苯偶酰的至少一者。
[0018] 在其他實施方式中，所述二氧化硅的制造和所述二氧化硅殼的制造可以使用表面 活性劑來進行。
[0019] 有益效果
[0020] 熒光粒子可以包含金納米粒子、鑭系元素絡合物粒子和二氧化硅殼。由于所述金 納米粒子、鑭系元素絡合物粒子和二氧化硅殼沒有毒性，因此所述熒光粒子可以適用于生 物樣品/生物材料的分析/檢測。
[0021] 所述金納米粒子可以通過表面等離子體現象發射可見光范圍內的光，以便使用肉 眼容易地辨別熒光粒子-生物樣品偶聯物是否產生。可以調整所述金納米粒子的粒徑以控 制從所述金納米粒子發射的可見光范圍內的光的波長。
[0022]所述鑭系元素絡合物粒子可以具有熒光特性，，即，具有紫外光范圍內的波長的光 被吸收，以發射具有可見光范圍內的波長的光。所述熒光粒子可以在紫外光照射時發光。可 以調整所述鑭系元素絡合物粒子的配基的種類和數目，以控制從所述鑭系元素絡合物粒子 發射的光的波長和強度。可以在所述二氧化硅殼中提供多個所述鑭系元素絡合物粒子。由 于所述熒光粒子的熒光特性被所述鑭系元素絡合物粒子改進，因此所述熒光粒子可以以小 的量用于分析生物樣品/生物材料。
【附圖說明】
[0023]包含的附圖是為了提供對本發明的進一步理解，并且附圖被并入到本說明書中且 構成本說明書的一部分。附圖示出了本發明的示例性實施方式，并且與說明書一起用于解 釋本發明的原理。在所述附圖中：
[0024]圖1示出了根據一種實施方式的熒光粒子；
[0025] 圖2是示出了光密度隨波長變化的圖，所述波長按照金納米粒子的粒徑示出；
[0026] 圖3示出了根據所述實施方式的鑭系元素絡合物;并且
[0027] 圖4是示出了用于制造根據本發明的實施方式的熒光粒子的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]在后文中，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施方式。與附圖一起，通過將在后 面描述的實施方式，本發明的優點和特點以及實現它們的方法將顯而易見。然而，本發明不 能受限于本文中陳述的實施方式，而是以不同的形式體現。相反，提供在本文中的實施方式 是為了使本公開充分且完整，并將本發明的精神完全傳達給本領域技術人員，并且本發明 僅僅由權利要求書的范圍限定。在整個說明書中，相似的附圖標記表示相似的元件。
[0029]在本說明書中使用的術語的提出是為了說明實施方式，但不應被解釋為限制本發 明。在本說明書中，單數形式可能包括復數形式，只要在語句中沒有特別提到即可。在本說 明書中使用的術語"包含"表示存在或添加了一個或多個部件、步驟、操作和/或元件。此外， 按照描述的次序提出的附圖標記是基于優選實施方式，因此不限于描述的次序。此外，在本 說明書中應該理解，當層被稱為是在另一個層或基材上時，它可以是直接形成在另一個層 或基材上的層，或者也可以存在介于中間的層。
[0030] 此外，本說明書中公開的實施方式將參考本發明的理想化的說明性橫截面圖和/ 或平面圖來描述。在圖中，為了有效描述技術內容，部件的厚度和/或尺寸可能被夸大。因 此，作為例如制造技術和/或公差的結果，與圖示的形狀的偏差是可以預期的。因此，實施方 式不應被解釋為限于本文中圖示的區域的特定形狀，而是可以包括由例如制造引起的形狀 偏差。例如，被顯示成具有直角的被蝕刻區域可以具有圓形或具有預定曲度的形狀。因此， 圖中示出的區域具有粗略的特性，并且也具有被提出以示例裝置區域的特定形式但不限制 本發明范圍的形狀。
[0031] 在后文中，將參考附圖描述根據本發明的構思的熒光粒子。
[0032] 圖1示出了根據一種實施方式的熒光粒子。
[0033] 參考圖1，熒光粒子1可以包括金納米粒子100、鑭系元素絡合物粒子200和二氧化 硅殼300。熒光粒子1可以具有核-殼結構。熒光粒子1可以鍵合到生物樣品/生物材料，以形 成熒光粒子-生物樣品偶聯物。熒光粒子1可用于檢測和分析所述生物樣品/生物材料。
[0034] 金納米粒子100可以被提供到熒光粒子1的核心。金納米粒子100可以具有球形形 狀。金納米粒子100可以通過表面等離子體共振現象發射可見光范圍內的光。因此，金納米 粒子100可以表現出顏色。金納米粒子100可以具有約I Onm至約60nm的粒徑。
[0035] 與圖1 一起參考圖2,隨著金納米粒子100的粒徑增加，可見光區域中的發射光的波 長可能增加。可以調整金納米粒子100的粒徑以控制從金納米粒子100發射的可見光區域中 的光的波長。例如，在金納米粒子100的制造過程中，可以使用表面活性劑來調整金納米粒 子100的粒徑。作為另一個實例，當制造金納米粒子100時，可以控制反應條件例如溫度、反 應時間、還原劑和/或溶劑的種類來控制金納米粒子100的粒徑。在熒光粒子1被用于檢測和 分子生物樣品例如診斷試劑盒的情況下，通過從金納米粒子100發射的可見光區域中的光， 可以使用肉眼容易地辨別熒光粒子1-生物樣品偶聯物是否形成。金納米粒子100不具有毒 性，因此可以適用于分析生物樣品/生物材料。
[0036] 重新參考圖1，二氧化硅殼300可以被提供成包圍金納米粒子100并覆蓋金納米粒 子100。所述殼可以包括二氧化硅。二氧化硅殼300可以包括疏水性官能團和親水性官能團。 金納米粒子100具有疏水性，因此二氧化硅殼300的疏水性官能團可以與金納米粒子100相 互作用。因此，二氧化硅殼300的疏水性官能團可以被提供成朝向金納米粒子100,并且所述 親水性官能團可以被提供成朝向外部。例如，所述親水性官能團可以包括羥基(-OH)。由于 二氧化硅殼300的親水性官能團被配置成朝向外部，熒光粒子1可以被容易地分散在包含生 物樣品/生物材料的水性溶液中。作為另一個實例，在熒光粒子1中，通過在水性溶液中的反 應，可以將各種不同官能團（例如羧基(COOH)、胺基(NH2)、巰基、醛基和/或環氧基等）引入 到二氧化硅殼300的表面中。例如，二氧化硅殼300的表面上的羥基可以被各種不同官能團 取代。所述官能團可以直接鍵合到生物樣品/生物材料，或者可以通過另一種分子/材料鍵 合到生物樣品/生物材料。此外，二氧化硅殼300不具有毒性，因此可以適用于分析生物樣 品/生物材料。
[0037]鑭系元素絡合物粒子200可以被提供成分散在二氧化硅殼300中。可以提供多個鑭 系元素絡合物粒子200。鑭系元素絡合物粒子200可以具有熒光特性，其吸收具有第一波長 的光以發射出具有不同于所述第一波長的第二波長的光。在這種情況下，所述第一波長可 以是紫外光區域中的波長，并且所述第二波長可以是可見光區域中的波長。例如，銪離子可 以吸收具有約340nm至390nm(例如361nm)的波長的光以發射具有600nm至650nm(例如 615nm)的波長的光。通過鑭系元素絡合物粒子200,熒光粒子1可以少的量用于分析生物樣 品/生物材料。通過二氧化硅殼300,熒光粒子1可以包含多個鑭系元素絡合物粒子200。隨著 包含在熒光粒子1中的鑭系元素絡合物粒子200的量增加，可以提高具有從熒光粒子1發射 的第二波長的光的強度。因此，當在生物樣品/生物材料中使用熒光粒子1時，檢測強度可以 改進。
[0038] 在后文中，將更詳細描述本發明的鑭系元素絡合物粒子。
[0039] 圖3示出了根據所述實施方式的鑭系元素絡合物粒子。與上面提到的描述重疊的 內容將被省略。
[0040] 參考圖3,鑭系元素絡合物粒子200可以包括鑭系元素離子210和配基220、230和 240。在后文中，鑭系兀素咼子210可以充當中心原子。在鑭系兀素咼子210包括錦(Cd)咼子 的情況下，由于鎘離子的毒性，鑭系元素絡合物粒子200可能不適用于生物分子的診斷、測 量或檢測。本發明的鑭系元素絡合物粒子200包括具有無毒性質的鑭系元素離子210,例如 銪(Eu)離子、鏑(Dy)離子、釤(Sm)離子或鋱(Tb)離子，因此可以適用于生物樣品/生物材料 的檢測/分析。如上所述，鑭系元素離子210可以具有熒光特性，其吸收具有第一波長的光以 發射具有不同于所述第一波長的第二波長的光。
[0041 ] 配基220、230和240可以鍵合于鑭系元素離子210。鑭系元素絡合物粒子200可以包 括至少一個包含磷的配基220和至少一個β二酮配基230。鑭系元素絡合物粒子200還可以包 括包含氮的配基240。鑭系元素絡合物粒子200可以包括配基220、230和240以提高鑭系元素 離子210的熒光強度。β二酮配基230可以在體現銪離子的熒光特性的過程中用于傳遞電子。 當配基220和β二酮配基230被包含在鑭系元素絡合物粒子200中時，可以體現出包含磷的配 基220的熒光強度增強作用。可以調整包含磷的配基220和β二酮配基230的數目，以調節鑭 系元素絡合物粒子200的發射強度和發射波長。包含磷的配基230可以是例如三辛基氧化膦 (在后文中稱為Τ0Ρ0)或三辛基膦(在后文中稱為TOP)二酮配基220可以包括選自4,4,4_ 三氟-1-(2-萘基)-1，3_ 丁二酮(在后文中稱為NTA)、4,4,4-三氟-1-(2-噻吩基)-1，3_ 丁二 酮(在后文中稱為TTA)、1，3-二苯基-1，3-丙二酮(在后文中稱為DPP)和苯偶酰的至少一者。 包含氮的配基240可以包括選自單水I，10-鄰菲咯啉（在后文中稱為Phen)和2,2'_聯吡啶 (在后文中稱為Bipy)的至少一者。
[0042] 表1示出了根據本發明的實例的鑭系元素絡合物粒子及其結構式。
[0043] [表1]




[0049] 在后文中，將參考附圖描述用于制造根據所述實施方式的熒光粒子的方法。
[0050] 圖4是示出了用于制造根據本發明的實施方式的熒光粒子的方法的流程圖。在后 文中，與前面提到的描述重疊的內容將被省略。
[0051] 與圖1 一起參考圖4,在步驟SlO中，可以將金納米粒子的前體溶液還原以制備金納 米粒子100。金前體和第一表面活性劑可以被加入到溶劑并與其混合，以制造所述金前體溶 液。金前體溶液的還原反應可以在約110°C的溫度條件下進行5小時。例如，金納米粒子100 的前體溶液可以是氯金酸。所述第一表面活性劑可以是油胺，但不限于此并且可以是各種 各樣的。可以調整第一表面活性劑的種類以控制制造的金納米粒子100的粒徑。作為另一個 實例，可以另外加入還原劑，但是通過控制過程條件可以不添加單獨的還原劑。隨后，可以 進行清洗過程。通過使用乙醇，清洗過程可以進行三次。制造的金納米粒子100可以保持在 有機溶劑例如環己烷中。
[0052] 與圖3-起參考圖4，可以在步驟S20中制備鑭系元素絡合物粒子200。例如，可以將 鑭系元素(例如銪、鏑、釤或鋱）、配基、表面活性劑和水混合以制造反應溶液。配基的種類可 以與在圖3的配基220、230和240的實例中所描述的相同。可以調整添加的配基的種類和比 率，以控制鍵合到鑭系元素離子210的配基220、240和240的種類和比率。如果反應溶液的顏 色是透明的白色，可以將丙烯酸與所述反應溶液混合，以完成鑭系元素絡合物粒子200的制 造。
[0053] 二氧化硅可以通過二氧化硅前體材料的縮合反應來制造。作為實例，二氧化硅可 以按照下面的反應方程式1來制造。
[0054] 〈反應方程式1>
Luuooj 例5口，口」以便用原蛀酸四乙_〇七吧）忭73刖1本柯科U)。口」以符刖1本柯科U)浴解 在有機溶劑例如環己烷中。前體材料可以被水解以制造二氧化硅前體(b)。可以將二氧化硅 前體(b)在氫氧化銨下進行縮合反應以形成二氧化硅(c)。在這種情況下，可以向所述二氧 化硅進一步添加第二表面活性劑。作為實例，所述第二表面活性劑可以是Igepal⑶-520 (Sigma-Aldrich Co.，LLC.，聚氧乙烯（5)壬基苯基醚），但不限于此并且可以是各種各樣 的。可以控制第二表面活性劑的種類和添加量來調節二氧化硅殼300的粒徑。
[0057]與圖1 一起參考圖4,在步驟S30中可以向二氧化硅添加金納米粒子100和鑭系元素 絡合物粒子200。金納米粒子100和鑭系元素絡合物粒子200的添加可以在制造二氧化硅之 前進行。可以將金納米粒子100、鑭系元素絡合物粒子200和二氧化硅混合約24小時。金納米 粒子100的表面具有疏水性，因此二氧化硅的疏水性官能團可以被配置成朝向金納米粒子 100。二氧化娃可以包圍金納米粒子100以形成二氧化娃殼300。金納米粒子100可以對應于 核心。鑭系元素絡合物粒子200可以分散在二氧化硅殼300中。鑭系元素絡合物粒子200可以 與待穩定化的二氧化硅殼300相互作用。因此，可以提高從鑭系元素絡合物粒子200發射的 熒光的強度。通過第二表面活性劑，金納米粒子100和鑭系元素絡合物粒子200可以被更容 易地攜帶到二氧化硅殼300中。因此，可以完成圖1的實例中示出的熒光粒子1的制造。
[0058]盡管已結合目前被認為是實用的示例性實施方式并參考附圖描述了本發明，但本 領域技術人員應該理解，本發明不限于所公開的實施方式，而是相反打算覆蓋涵蓋在隨附 的權利要求書的精神和范圍之內的各種不同的修改和等同的排布方式。
【主權項】
1. 一種焚光粒子，其包含： 金納米粒子； 覆蓋所述金納米粒子的二氧化硅殼；以及 分散在所述二氧化硅殼中的鑭系元素絡合物粒子， 其中每個所述鑭系元素絡合物粒子包括 鑭系元素離子； 鍵合到所述鑭系元素離子并包括磷的配基；以及 鍵合到所述鑭系元素離子并具有β二酮官能團的配基。2. 權利要求1的熒光粒子，其中所述二氧化硅殼的表面具有親水性官能團。3. 權利要求1的熒光粒子，其中所述包括磷的配基包括選自三辛基氧化膦和三辛基膦 的至少一者，并且 所述β二酮配基包括選自4，4，4-三氟-1-( 2-萘基)-1，3-丁二酮、4，4，4-三氟-1-( 2-噻 吩基)_1，3-丁二酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮和苯偶酰的至少一者。4. 權利要求1的熒光粒子，其中所述鑭系元素絡合物粒子還包括選自單水1，10-鄰菲咯 啉和2，2 聯吡啶的至少一者。5. 權利要求1的熒光粒子，其中所述鑭系元素離子包括銪離子、鏑離子、釤（Sm)離子或 鋪尚子。6. -種用于制造熒光粒子的方法，所述方法包括： 制備金納米粒子和鑭系元素絡合物粒子； 通過硅前體的水解和縮合反應制造二氧化硅；以及 通過向所述二氧化娃添加所述金納米粒子和鑭系元素絡合物粒子，制造包圍所述金納 米粒子的二氧化娃殼， 其中所述二氧化硅殼從所述二氧化硅形成，所述鑭系元素絡合物粒子被提供并分散在 所述二氧化硅殼中，并且 每個所述鑭系元素絡合物粒子包括 鑭系元素離子； 鍵合到所述鑭系元素離子并包括磷的配基；以及 鍵合到所述鑭系元素離子并具有β二酮官能團的配基。7. 權利要求6的方法，其中所述金納米粒子的制備包括向金前體溶液添加表面活性劑， 以及還原所述金前體溶液。8. 權利要求6的方法，其中所述包括磷的配基包括選自三辛基氧化膦和三辛基膦的至 少一者，并且所述β二酮配基包括選自4,4,4_三氟-1-(2-萘基)-1，3_ 丁二酮、4,4,4_三氟-1-( 2-噻吩基)-1，3-丁二酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮和苯偶酰的至少一者。9. 權利要求6的方法，其中所述二氧化硅的制造和所述二氧化硅殼的制造使用表面活 性劑來進行。
【文檔編號】C09K11/08GK105829493SQ201480058437
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年8月18日
【發明人】金沼延, 許乃永, 鄭宰安, 金園庭, 黃炳甲, 金英燮, 李明勛
【申請人】株式會社Medisensor