论文部分内容阅读
上转换发光纳米材料（Up-Conversion Nanoparticles，UCP）指的是用近红外光激发而发射可见光的纳米材料。与众多有机染料及下转换材料相比，其光稳定性好、发光效率高、激发功率小、背景荧光低，在生物标记、疾病诊断、生物成像等领域具有独特的优势。目前，以UCP为标记物的免疫层析在体外诊断领域已有深入研究，并有望逐步替代传统的胶体金、量子点等标记物。Yb，Er共掺的NaYF4晶体是目前报道的上转换发光效率较高的UCP材料，溶剂热法合成的NaYF4∶Yb，Er纳米颗粒虽然在有机非极性溶剂中具有较高的上转换发光效率，但是其亲水改性后发光效率明显降低，且容易发生团聚。本文针对目前UCP存在的发光效率低，生物相容性差等问题，通过非镧系金属元素掺杂、构建核壳结构以及聚电解质自组装表面改性等手段，制备了发光强度高，亲水性好，能够满足免疫层析应用的发光标志物。本论文主要包括以下三个部分: 1.K+掺杂及核壳结构的UCP合成和表征。以溶剂热法制备K+掺杂的NaYF4∶Yb，Er纳米材料，并通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和上转换发射光谱对UCP的晶相、形貌及荧光性能作表征。研究发现，K+掺杂并不会改变NaYF4∶Yb，Er的晶相，粒子尺寸由50 nm×20 nm（长×宽）变化为52 nm×44 nm左右，形貌从纳米盘状向柱状转变，上转换荧光强度提高三倍。为了进一步提高UCP的上转换发光强度，在其晶体表面包覆一层惰性NaYF4壳，构建核壳结构并明确了惰性壳层的最佳添加量。结果表明随着成壳剂的添加量增大，发光强度呈现先增大后减小的趋势，壳的添加量为0.5 mmol时，上转换发光强度是原始核的13倍，粒子尺寸增加到了60 nm×53 nm。 2.聚电解质自组装对UCP的表面改性。利用静电吸附原理，以聚电解质为表面改性剂，采用层层自组装技术，制备出生物相容性好、亲水性高和羧基功能化的多层复合上转换纳米材料(UCP@CTAB@PSS@PAH@PAA)。首先通过阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的碳链与UCP表面油酸的碳链之间疏水相互作用，在粒子表面形成一个UCP@CTAB双分子层结构，成功的将UCP转移到水相中。暴露于粒子表面的CTAB季铵基使得粒子带正电，进一步交替吸附负电性的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、正电性的聚丙烯铵(PAH)和负电性聚丙烯酸(PAA)而形成多层亲水包覆层，并且最外一层PAA的吸附使其具备了能与蛋白偶联的羧基官能团。此法与传统的配体交换改性相比，保留了表面油酸配体，极大程度的降低了由于水分子与表面缺陷作用引起的上转换发光强度的衰减。通过TEM、上转换发射光谱和Zeta电位等表征手段对复合粒子UCP@CTAB@PSS@PAH@PAA进行表征。由TEM图可知，表面改性后粒子尺寸增加到了64 nm×57 nm左右，且粒子表面有一层清晰可见的均匀的聚电解质壳层，厚度4nm左右，上转换发光强度是原始核的5倍。Zeta电位的正负交替变化进一步的证明了层层自组装的实现。 3.以UCP为发光标记物的降钙素原(Procalcitonin，PCT)免疫层析。将复合纳米材料UCP@CTAB@PSS@PAH@PAA与PCT的单克隆抗体偶联作为标记物，以双抗体夹心法，实现PCT的定量检测。在最佳实验条件下，得出试纸条检测PCT的线性方程为Y=0.1161X+0.08023(R2=0.9917)，检出限0.18 ng/mL，血清样本加标回收率为72％～85％。另外实验表明血红蛋白，脂肪乳，胆红素等对检测的干扰很小。这些结果初步表明该免疫层析试纸条可以快速定量检测血清中PCT的含量。