论文部分内容阅读
随着生命科学的不断进步,未知生物标志物的分析和致病标志物的鉴别都对生物分子的大规模筛选提出了更高的要求。基于荧光编码的悬浮阵列检测技术可满足上述未知待测物的高通量和高灵敏度检测。如何得到荧光性能更为优良的荧光编码材料,是悬浮阵列检测技术发展的关键。稀土配合物作为一种高效的光转换分子器件,具有荧光寿命长、荧光强度高、斯托克斯位移大、荧光半峰宽窄等优异光学特性,具有替代荧光小分子和量子点等传统编码元素的巨大应用潜力。但是,基于配位键的稀土配合物对环境高度敏感,导致其在生理水相体系的荧光稳定性和亮度成为限制其应用的巨大障碍。具有多齿鳌合配位能力的有机配体在近年来引起了广泛的关注,最新的研究结果表明稀土离子的高效敏化和稀土配合物在水中稳定性的显著提高有望实现。主客体负载和组装,是当前市场上荧光编码材料采用的主要构筑策略。在载体的应用探索中,微纳米尺度的微孔、介孔材料具有巨大的表面积和孔容,有助于实现稀土配合物在其内部的高效大量负载,和编码材料荧光亮度的显著增强。本文在有机配体筛选基础之上,首先得到在水溶液中能稳定发光的稀土配合物。随后,采取不同路线,将稀土配合物负载于纳米颗粒内部的方式,得到能在含盐生理溶剂体系中稳定发光的基于稀土配合物的荧光编码材料。主要研究结果如下:（1）稀土配合物配体筛选。以β-二酮、芳香族羧酸和吡啶杂环结构的有机物为Eu3+和Tb3+的有机配体,合成配合物。随后,通过荧光性能的表征和对比,筛选出具有吡啶杂环结构,且能同时敏化Eu3+和Tb3+的吡啶二四氮唑（H2pytz）为有机配体。所得阴离子型配合物（Ln（pytz）3）,在去离子水中荧光强度高,荧光稳定性好,且具有60 min无明显衰减的优良性质。（2）介孔纳米颗粒装载法制备复合荧光颗粒。通过模板法制备介孔二氧化硅（MSN）纳米颗粒,采用后修饰法将能结合稀土配合物的离子液体接枝到MSN表面。随后,通过配合物与离子液体的阴离子交换作用,将大量稀土配合物[Tb（pytz）3]（NEt3）3稳定地负载进MSN内部。结果表明,具有大比表面积和孔容的载体材料,能有效提高客体稀土配合物的装载量。所得MSN-IMI-Tb（pytz）3颗粒半峰宽（FWHM,13 nm）、吸收截面（2.7×10-1212 cm2）和荧光寿命（2.1 ms）均远优于量子点和有机荧光染料等传统编码材料。MSN-IMI-Tb（pytz）3颗粒在PBS缓冲液中具有一定的荧光稳定性,60 min后仍能保持初始荧光强度的70%,虽然较纯稀土配合物有所提高,但仍难满足悬浮阵列检测技术中荧光编码材料的需求。（3）微孔纳米颗粒装载法制备复合荧光颗粒。为了进一步获得荧光更稳定的稀土配合物荧光材料,本研究采用具有微孔结构的ZIF-8纳米颗粒对稀土配合物进行原位封装,稀土配合物通过静电效应和π-π堆积作用被负载进ZIF-8孔道内部,形成Ln complex@ZIF-8纳米颗粒(Ln=Tb3+和Eu3+)。再通过上述离子液体对ZIF-8表面层孔道进行封堵,得到Ln complex@ZIF-8@stopper纳米颗粒。该颗粒具有较大吸收截面（10-1212 cm2）,高量子产率（分别为23.2%和8.48%）和长荧光寿命（分别为1.9 ms和3.0 ms）,同时,在PBS缓冲液中具有高荧光稳定性,8 h后荧光仍能维持初始强度的95%以上。与MSN-IMI-Tb（pytz）3体系相比,Ln complex@ZIF-8@stopper在PBS缓冲液中具有更高的量子产率和更稳定的荧光强度。因此,以红光和绿光发射的Eu和Tb配合物为编码元素,通过在合成时改变配合物的添加比例,得到了单色和双色编码的ZIF-8颗粒。综上,本研究解决了稀土配合物在水溶液中的荧光稳定性问题,最终得到在水溶液中稳定发光的荧光稀土配合物复合颗粒,使悬浮阵列检测技术中荧光编码微球综合荧光性能提升成为可能,有望为悬浮阵列检测技术中荧光编码材料的开发提供新的思路和途径。