雙色染料摻雜的比率型熒光探針

染料摻雜二氧化硅核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的研究簡(jiǎn)介牛衛(wèi)芬2013.3.30染料摻雜二氧化硅核殼結(jié)構(gòu)納米粒子牛衛(wèi)芬2013.3.301理想的熒光標(biāo)記物應(yīng)當(dāng)具有發(fā)光效率高、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、分子量小和易于化學(xué)修飾標(biāo)記等特性。幾種免疫熒光生物標(biāo)記材料優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比熒光材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)有機(jī)染料應(yīng)光強(qiáng)、易于生物偶聯(lián)、已經(jīng)商品化需特定波長(zhǎng)激發(fā)、易于氧化漂白、激發(fā)光譜和發(fā)射光譜交疊，靈敏度不高，Stokes位移小QDs激發(fā)光譜寬、發(fā)射光譜窄、熒光強(qiáng)、Stokes位移大，光穩(wěn)定性高、可以多色標(biāo)記生物兼容性不好，有一定毒性UCNPs窄帶發(fā)射、大Stokes位移、光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、信噪比高、無(wú)光漂白、多色標(biāo)記，受環(huán)境影響小，靈敏度高生物兼容性不好，量子產(chǎn)率低一、常見熒光探針及其優(yōu)缺點(diǎn)理想的熒光標(biāo)記物應(yīng)當(dāng)具有發(fā)光效率高、物理化學(xué)2二、染料摻雜二氧化硅納米粒子球形二氧化硅納米粒子通常都是通過(guò)以下兩種方法制得：

微乳液法、溶膠－凝膠法

反相微乳液技術(shù)主要是在可控的水溶液環(huán)境中，利用表面活性劑在非極性溶劑中形成的膠束，來(lái)得到單分散的球形粒子。

不足：非共價(jià)鍵結(jié)合染料和二氧化硅，染料容易從二氧化硅基質(zhì)中泄漏，增加了背景熒光信號(hào)并使得染料直接面對(duì)溶劑的影響。更重要的是這種合成方法的產(chǎn)量比較低，并且需要在合成的后階段洗去表面活性劑以防在生物應(yīng)用中產(chǎn)生不良影響，這是因?yàn)楸砻婊钚詣?duì)生物膜有解離的破壞作用。1.球形二氧化硅納米粒子的合成方法二、染料摻雜二氧化硅納米粒子球形二氧化硅納米粒子通常都是3[1]A.vanBlaaderen*,A.Vrij.Langmuir,1992,8:2921-2931.

溶膠－凝膠法：20世紀(jì)初60年代后期，Stober等人在硅烷氧基的溶膠-凝膠化學(xué)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了用較溫和的方法生長(zhǎng)單分散球形二氧化硅納米粒子（在100nm左右）。Stober方法包含了四乙氧基硅烷（TEOS）在乙醇溶液中用氨水催化的水解和縮聚，合成單分散球形表面帶有負(fù)電荷、穩(wěn)定性強(qiáng)的粒子。1992年，VanBlaaderen小組首次將這種方法拓展到了將有機(jī)染料通過(guò)共價(jià)作用與活性的硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)后，摻雜到了二氧化硅納米粒子中[1]。[1]A.vanBlaaderen*,A.Vrij4圖解1FITC與APTMS反應(yīng)機(jī)理(A)，TEOS與APTMS水解及聚合反應(yīng)機(jī)理(B)2.染料摻雜二氧化硅納米粒子的合成原理[2][2]XIEChun-Juan,YINDong-Guang,*LIJian,etal.ChineseJournalofAnalyticalChemistry,2010,38(4):488–492.圖解1FITC與APTMS反應(yīng)機(jī)理(A)，TEOS5文獻(xiàn)報(bào)道共價(jià)交聯(lián)SiO2和有機(jī)物的方式：[3]Nanotoday,2007,2:44-50.文獻(xiàn)報(bào)道共價(jià)交聯(lián)SiO2和有機(jī)物的方式：[3]Nanoto6[4]ErikHerz,ThomasMarchincin,UlrichWiesner*,etal.JFluoresc,2010,20:67–72.[4]ErikHerz,ThomasMarchinc7[5]KishoreNatte,ThomasBehnke,GuillermoOrts-Gil,etal.JNanopartRes,2012,14:680-689.[5]KishoreNatte,ThomasBehn8[6]BoikoCohen,CristinaMartin,SrikantK.Iyer,UlrichWiesner,AbderrazzakDouhal*.Chem.Mater.,2012,24:361?372.[6]BoikoCohen,CristinaMart9[7]

HooiswengOw,DanielR.Larson,MamtaSrivastava,BarbaraA.Baird,WattW.Webb,UlrichWiesner*.NanoLett.,2005,5(1):113–117.染料摻雜二氧化硅納米粒子的發(fā)光亮度較純?nèi)玖嫌泻艽筇岣?，主要是兩點(diǎn)原因：一個(gè)是每個(gè)染料的量子產(chǎn)率增加，另一個(gè)是單個(gè)粒子中的染料個(gè)數(shù)增加。二氧化硅環(huán)境不僅可以增強(qiáng)量子產(chǎn)率，還可以隔離相鄰的染料，從而避免染料之間的能量轉(zhuǎn)移和淬滅。3.染料摻雜二氧化硅納米粒子的性能[7]HooiswengOw,DanielR.La10Fig.Absorptionandemissionspectrafor(a)freeTRITCdyeinwater(black)andethanol(grey)and(b)core–shellTRITC-basedsilicananoparticlesinwater(black)andethanol(grey)showingthedecreasedsolvatochromicshiftsinducedbytheprotectivecore–shellarchitecture,(c)Photobleachingmeasurementsoffluorescein(lightgrey),TRITCfreedye(darkgrey)andTRITC-basedCdots(black)showingtheenhancedstabilityofthecore–shellparticlearchitecture,and(d)acomparisonofthebrightnessoffreeTRITCdyewithsame-sizedCdotsandquantumdotsinwateratthesameopticaldensity[2].Fig.Absorptionandemissions11粒子發(fā)光顏色的調(diào)控[7][7]

HooiswengOw,DanielR.Larson,MamtaSrivastava,BarbaraA.Baird,WattW.Webb,UlrichWiesner*.NanoLett.,2005,5(1):113–117.粒子尺寸的調(diào)控[8][8]AndrewBurns,HooiswengOw,UlrichWiesner*.Chem.Soc.Rev.,2006,35,1028–1042.粒子發(fā)光顏色的調(diào)控[7][7]HooiswengOw,12粒子組裝行為的調(diào)控[8]核殼結(jié)構(gòu)的粒子可以通過(guò)控制殼厚度來(lái)更好的調(diào)控粒子間的相互作用。當(dāng)殼厚度超過(guò)能量轉(zhuǎn)移的Forster半徑時(shí)，可以避免染料摻雜核之間的相互作用，同時(shí)提供高密度發(fā)光點(diǎn)的堆積，得到最大的發(fā)光強(qiáng)度。[8]AndrewBurns,HooiswengOw,UlrichWiesner*.Chem.Soc.Rev.,2006,35,1028–1042.粒子組裝行為的調(diào)控[8]核殼結(jié)構(gòu)的粒子可以通134.雙色染料摻雜的比率型熒光探針[9]這種結(jié)構(gòu)分布不但有益于染料摻雜到二氧化硅基質(zhì)中，還能夠最大限度地將傳感染料分布于粒子大的比表面積上，從而比將參比和靈敏的兩種染料分子均勻地?fù)诫s到整個(gè)粒子中，能夠提供更靈敏和更單一的信號(hào)。另外，將染料共價(jià)摻雜到二氧化硅中使得染料泄漏更少，背景干擾更低。[9]AndrewBurns,PrabuddhaSengupta,TaraZedayko,BarbaraBaird,UlrichWiesner*.small,2006,2(6):723–726.4.雙色染料摻雜的比率型熒光探針[9]這種14[9]AndrewBurns,PrabuddhaSengupta,TaraZedayko,BarbaraBaird,UlrichWiesner*.small,2006,2(6):723–726.[9]AndrewBurns,PrabuddhaSe15[10]ChristopherLoo,AlexLin,LeonHirsch,etal.TechnologyinCancerResearch&Treatment,2004,3(1):33-40.Fig.1Visualdemonstrationofthetunabilityofmetalnanoshells.Fig.2Opticalresonancesofgoldshell-silicacorenanoshellsasafunctionoftheircore/shellratio.Respectivespectracorrespondtothenanoparticlesdepictedbeneath.5.金屬殼二氧化硅納米粒子[10][10]ChristopherLoo,AlexLin16Fig.4Transmissionelectronmicroscopeimagesofgold/silicananoshellsduringshellgrowth.[10]ChristopherLoo,AlexLin,LeonHirsch,etal.TechnologyinCancerResearch&Treatment,2004,3(1):33-40.Figure5:(a)Growthofgoldshellon120nmdiametersilicananoparticle.(b)Growthofgoldshellon340nmdiametersilicananoparticles.Fig.4Transmissionelectronm17pH響應(yīng)的介孔二氧化硅納米顆粒的制備及可控釋放[11][11]曹杰，何定庚，何曉曉，王柯敏*，趙應(yīng)香.高等化學(xué)學(xué)報(bào),2012,33(5):914-918.Fig.1PreparationofapH-responsivecarrierbasedonmesporoussilicananoparticlesanditsprincipleforcontrolled［Ru(bipy)3］Cl2releasepH響應(yīng)的介孔二氧化硅納米顆粒的制備及可控釋放[11][118Fig．2TEMimageofAp-MSN(A)andXRDpatterns(B)ofAp-MSN(a)andPAA-Ap-MSN(b)Fig．2TEMimageofAp-MSN(A)19Fig．5Kineticreleaseof［Ru