[发明专利]一种基于稀土上转换发光强度比的荧光染料浓度的探测方法

说明书

本发明涉及一种基于稀土上转换发光强度比的荧光染料浓度的探测方法，通过稀土离子上转换发光强度比进行荧光染料浓度测定的方法，该方法操作简单、探测灵敏度高、可重复使用。该方法根据所需探测的荧光染料种类，选择合适的能够与荧光染料分子进行有效辐射能量传递的稀土离子，通过测量与荧光染料浓度相关的两个不同波长的稀土离子上转换发光，以其强度比作为表征参数实现荧光染料浓度的探测。

技术领域

本发明涉及一种荧光染料浓度的测定方法，具体地说是一种基于辐射能量传递过程的稀土离子上转换发光强度比的技术，可用于进行与稀土离子具有能量传递的荧光染料的探测。

背景技术

近年来由于稀土离子发光具有尖锐的发射、较大的Stokes位移和较长的荧光寿命，使得稀土掺杂发光材料在照明、可视化应用、光通讯和生物医学等领域引起了人们极大的兴趣。稀土掺杂上转换发光材料由于通过多光子吸收过程能够将低能量光子转变为高能量光子，使得其在生物医学、光催化、太阳能电池和光学传感等领域得到广泛应用。其中，稀土上转换发光还具有生物组织穿透深度大、光损伤小、响应快速、空间分辨率高以及光漂白弱和背景噪声小等特性，在生物探测领域受到越来越多的关注(文献1：F.Wang,X.G.Liu,Chemical Society Reviews,2009,38,976)。

基于稀土上转换发光的荧光染料传感器通过稀土离子到荧光染料分子的能量传递进行荧光染料的探测，这种能量传递要求稀土离子的发射光谱和荧光染料分子的吸收光谱之间有重叠。稀土离子到荧光分子的能量传递主要有荧光共振能量传递(fluorescenceresonance energy transfer-FRET)和辐射能量传递(radiative energy transfer-RET)两种途径。FRET是一种从稀土离子到荧光染料分子的无辐射能量传递过程，由于FRET效率与两者间距离的六次方成反比，一般稀土离子与荧光染料分子的距离必须小于几个纳米(文献2：H.Edelhoch,L.Brand,M.Wilchek,Biochemistry,1967,6,547)。为了实现这种纳米级的距离要求，人们通常采用非常复杂的方法将稀土掺杂上转换发光材料和荧光染料分子进行连接，导致基于FRET的生物传感器制备工艺十分复杂，加工性差(文献3：J.L.Liu,Y.Liu,Q.Liu,C.Y.Li,L.N.Sun,F.Y.Li,Journal ofthe American Chemical Society,2011,133,15276)。由于进行生物探测的环境常常为水溶液环境，而稀土上转换发光对水环境非常敏感容易引起荧光猝灭，因此基于FRET的生物传感器发光效率很低，稳定性较差(文献4：S.Xu,W.Xu,Y.F.Wang,S.Zhang,Y.S.Zhu,L.Tao,et al.,Nanoscale,2014,6,5859)。此外，由于基于FRET的生物传感器需要将稀土掺杂上转换发光材料和荧光染料分子进行连接，使得这种传感器再生性差，不可重复使用。

而RET是一种稀土离子的发光被荧光染料分子再吸收的过程，稀土离子发光可以远距离传播到荧光染料分子并被其再吸收，消除了FRET要求的稀土掺杂上转换发光材料和荧光染料分子之间距离必须为纳米级的限制，因此不须进行稀土掺杂上转换发光材料与荧光染料分子的复杂连接，使得稀土掺杂生物传感器的制备工艺大大简化。此外，由于RET可以使得稀土发光远距离传播到荧光染料分子，因此稀土掺杂上转换发光材料可以不与荧光染料分子直接接触，从而避免了水环境造成的稀土离子上转换发光的猝灭效应，能够有效提高稀土上转换发光强度。由于基于RET的稀土掺杂生物传感器不需要进行稀土掺杂上转换发光材料与荧光染料分子的连接，使得稀土掺杂上转换发光材料可重复使用，大大降低了传感器的损耗。