[发明专利]一种核壳纳米晶细胞温度传感器的制备方法和应用方法

说明书

本发明公开了一种核壳纳米晶细胞温度传感器的制备方法和应用方法，该核壳纳米晶细胞温度传感器为基于稀土掺杂NaYF₄的核壳纳米晶细胞温度传感器，其制备步骤为先制备稀土掺杂的NaYF₄核壳纳米晶，使其亲水化后配制成溶液，并在其中培养细胞，得到所述的核壳纳米晶细胞温度传感器。该传感器应用时，利用激光激发被标记待测细胞，测量其变温上转换荧光光谱，建立发光强度与细胞温度之间的函数关系。本发明通过巧妙设计核壳结构纳米晶将温度传感特性深入到细胞层面，大大提高细胞测温的分辨率，使其重现性好且细胞毒性低。

技术领域

本发明涉及一种核壳纳米晶细胞温度传感器的制备方法和应用方法，属于生物传感领域。

背景技术

细胞内温度的准确测量对于清晰了解复杂的生物过程是非常必要的。2012年Okabe等人发明了第一种基于荧光高分子温度计和荧光寿命成像显微术的细胞内温度测量，揭示了温度与细胞器功能之间的内在联系。光学测温作为一种非接触式温度传感方法，以其不受侵、响应快、灵敏度高等优点引起了人们的广泛关注，使其适用于电磁和热环境恶劣的环境。稀土发光中的某些离子的光谱与外界温度之间存在关系，利用稀土上转换优异的发光性能，可以将稀土上转换材料作为温度传感的探针。支持这一应用的物理理论是波尔兹曼分布，具体的为：不同能级上分布的粒子数是随着温度变化而变化的，因为稀土离子的能级较多，有的间隔比较窄，随着温度的升高，位于某个能级上的电子会驰豫到相邻的能级上。比较常见的具有温度传感特征的是Er³⁺，Er³⁺的电子分别发生²H_11/2→⁴I_15/2与⁴S_3/2→⁴I_15/2的能级跃迁时，分别对应的波长是525nm和545nm的上转换荧光，两个能级对应的发射光强度比的对数(Ln(I₅₂₅/I₅₄₅))与热力学温度的倒数(1/T)成正比，利用这个理论将掺Er³⁺的稀土上转换材料应用于非接触式、快速灵敏的测温；如果将稀土上转换纳米材料制备成尺寸细小、亲水的复合结构，可以应用于细胞温度传感。

六方相结构的NaYF₄由于具有相对较低的声子能量以及良好的化学稳定性，是目前己知的最好的上转换发光基质材料之一，六方相的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺被认为是上转换效率最高的上转换稀土材料。已有研究者用的NaYF₄：Er³⁺，Yb³⁺作为细胞内温度测量，分辨率可达到0.5K，但远远低于未来对于细胞内测温高分辨(0.01K)的迫切需求。为了进一步提高测温分辨率，本发明将NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺作为发光中心，引入NaYF₄:Yb³⁺,Nd³⁺壳层包裹的核壳结构，有效提高了上转换发光效率。本发明通过Nd³⁺离子的引入构建了一种基于稀土掺杂NaYF₄核壳纳米晶细胞温度传感器，具有分辨率高，重现性好，细胞毒性低等优点，可望在生物医学领域得到广泛应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供了一种核壳纳米晶细胞温度传感器的制备方法和应用方法，该方法通过Nd³⁺离子的引入构建了一种基于稀土掺杂NaYF₄核壳纳米晶细胞温度传感器，有效提高上转换发光效率，有效提高了细胞温度传感的分辨率。

技术方案：本发明提供了一种核壳纳米晶细胞温度传感器的制备方法，该核壳纳米晶细胞温度传感器为基于稀土掺杂NaYF₄的核壳纳米晶细胞温度传感器，其制备方法如下：