[发明专利]基于三线态-三线态湮灭的水溶性上转换发光纳米材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，具体涉及基于三线态-三线态湮灭的上转换发光纳米材料的制备以及上转换发光生物成像的应用。 

背景技术

荧光成像技术利用荧光探针标记观察对象，从而实现了对观察对象高选择性地成像。此外荧光成像还具有非离子低能量辐射、高敏感性、可连续实时监测等特点，是一种能在亚细胞层次观察的可视化方法。随着用于标记各种生物分子和离子的荧光探针的研发，以及激光扫描共聚焦荧光显微技术的出现，研究人员可以对活细胞进行三维成像，实现对细胞内微细结构和分子的动态变化进行定性、定量、定时和定位分析，荧光成像技术已经成为生物医学领域的重要研究手段。另一方面，光学镜头、滤光片、激光器制造技术的提高，光纤技术的发展，以及成像软件的进步使荧光成像技术已从传统的显微成像发展到活体成像。但在荧光成像过程中，在受到激发光激发时，生物体很多物质都会产生荧光，同时又难以避免生物组织的光散射和吸收，因此受到荧光特性的限制，很难完全消除背景噪音(自发荧光)，从而大大降低了成像的分辨率和灵敏度。 

上转换发光即吸收两个或两个以上低能量的光子而辐射一个高能量的光子，特别是稀土上转化发光纳米材料能够吸收两个或者多个低能量的光子(近红外光或者红外光)而发射出一个高能量的光子(紫外光或者可见光)。由于生物样品内源性的荧光物质不能够发生上转换的过程，使用这类材料可以完全消除生物样品自发荧光的干扰。近年来稀土上转换发光纳米材料在生物成像应用上取得了一系列的进展和关注，这类稀土上转换发光材料用于生物成像中可以完全消除生物样品的自发荧光并拥有较好的穿透深度。但是此类材料受限于稀土离子其低的吸收截面(约为10^-21)和量子产率(＜1％)，而且这类稀土上转换发光材料需要近红外980nm激光激发，在用于动物活体成像时，相对较高的激光功率(10²～10³mW cm^-2)会导致生物样品的辐照部位出现过热效应。 

近年来，基于三线态-三线态湮灭(TTA)上转换发光材料引起了人们广泛的关注和研究。该类材料具有吸收截面大(约为10^-18)激发功率密度低(mW/cm^-2)，量子产率高(可达到 15％)，敏化剂和受体(湮灭剂)可选择空间大以及上转换效率高等突出优点。TTA上转换发光的过程是敏化剂受激于一个长波长低能量的激发光光子后从基态跃迁到激发态，立刻通过系间窜越(ISC)到达激发三线态；再通过敏化剂三线态与受体(Acceptor)三线态间的能量传递(TTET)到达受体的激发三线态；随后，两个受激的受体分子间发生三线态-三线态湮灭(TTA)，使一个受体被激发到能量更高的单线态，最终通过辐射跃迁回到基态实现短波长的发射，完成上转换发光过程(图1)。 

本发明人发现，目前该类材料还没有成功应用于生物成像，尤其是活体成像。主要的限制是构建水溶性的上转换发光体系和搭建合适的成像系统。 

为此，本发明人经过长期研究，成功采用多种方法解决了材料水溶性的问题，并且搭建了一套适合用于三重态-三重态湮灭的上转换发光材料的活体成像系统，成功实现了活体的上转换发光成像，并且拥有高的信噪比。 

发明内容

本发明的目的在于提供基于三线态-三线态湮灭的上转换发光材料用于生物成像的技术方案。另外，本发明的目的还在于提供上述技术方案中所用的上转换发光材料。 

具体而言，本发明提供了能够用于生物成像的基于三线态-三线态湮灭的上转换发光材料，其中， 

所述用于生物成像的三线态-三线态湮灭的上转换发光材料成分包括敏化剂和湮灭剂； 

本发明中的敏化剂有三类，第一类敏化剂为卟啉类和酞菁类金属配合物，配合物中的金属包括钯、铂、铱和锌。 

第二类敏化剂为碘代或溴代的硼氟类化合物。 

第三类敏化剂为钉、铱、铂的配合物。 

本发明中的湮灭剂为联苯、并苯类化合物及其衍生物，或硼氟类化合物，或亚胺类发光化合物。 

本发明所述用于生物成像的水溶性的上转换发光材料合成采用硅包法，聚合物包覆法，介孔硅吸附法。例如，硅包法， 

将所述的发生三线态-三线态上转换发射的材料与一种表面活性剂共同溶解，而后将溶剂在惰性气氛下挥发至干，然后溶于酸性的水溶液当中，加入硅源，反应3-48小时，透析至中性，得到硅包覆的三线态-三线态上转换发光的材料。 

又如，聚合物包覆法，