[发明专利]基于稀土掺杂的上转换纳米晶体的荧光编码微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米生物材料技术领域，具体涉及一种基于红外上转换纳米晶体的荧光编码微球及其制备方法。

背景技术

自从人类基因组解码开始，研究人员一直期望从各类复杂生物体系中的生物样品获得更多的信息，从而为疾病的诊断和治疗提供更多的科学依据。生物分析、疾病诊断和生物医药研究领域需要蛋白和基因靶向识别的更多信息。而多重检测实现了核酸和蛋白的快速信号识别。然而目前所采用的多重检测手段都是基于多孔板技术的多重检测。尽管这项技术已经得到了广泛的应用，但是日益增大的高通量检测需求需要更加先进的多重检测手段来满足。而近年来出现的荧光编码微球技术^[41]，即悬浮阵列技术，由于在流式细胞仪等检测仪器中具有更好的流动性，并且具有在单位体积内能够提供更多分析识别位点的优势，因此在生物多元分析、基因表达、疾病诊断、药物高通量筛选和组合化学等发面都具有很好的应用前景。

荧光编码微球是在微米级的微球内部装入精确比例的不同发光波长的荧光染料或者量子点纳米晶，由不同的荧光强度与波长构成多个荧光编码的微球系列，每组编码微球具有一个唯一的光谱编码，用以对分析物进行定性。在编码树脂表面接上探针，如DNA或抗体，将在编码波长区以外的另一波长下发光的荧光物质标记于靶DNA或目标抗原，根据杂交原理检测互补的DNA的序列，或根据免疫特异性相互作用原理检测各种抗原，用以对分析物进行定量。将不同编码微球混合后顺序通过检测器，就可以同时获得微球的编码信号与连接于微球上的生物物质的浓度信号，实现生物物质的高度集成的、高通量、多组分同时在线检测。该技术可将编码、分离富集纯化、生化反应、结果检测等过程缩微到很小的树脂球上完成，因此被称为树脂球上的实验室（Lab-on-a-bead），或“液态生物芯片”。是一种比固态生物芯片更简便、灵活与廉价的方法。

目前的制备方法为了达到多色编码的目的，首先要制备得到发射波长不同的多种荧光染料或者量子点材料，然后再将他们按照比例包埋于交联的高分子聚合物微球当中。因此制备过程的工作量非常巨大，并且在包埋的过程中经常会有偏差进而导致最终产物的荧光编码值和最初的设计值偏差较大。由于有机荧光染料和量子点的荧光发射峰较宽，相互之间重叠严重，随着样品数量的增多其精确性也就开始下降。此外，在多重检测过程中除了荧光编码微球外还需要荧光报告分子来对检测物质进行识别，大多数报告分子也是使用了有机荧光染料，而在检测过程中有机报告分子的发射峰如果和荧光编码微球的发射峰又重叠的话，会极大的干扰测试结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、可用于多重检测且检测精度高的荧光编码微球及其制备方法。

本发明提供的荧光编码微球，是一种稀土掺杂的上转换纳米晶体的红外上转换荧光编码微球。其中，上转换材料主要是掺杂稀土元素的无机固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，经多光子加和后发出高能的短波辐射，从而可将近红外激发光转变为近红外光以及可见光区的发射光。而红外光的长波长光子不易被生物分子吸收，对生物分子的光毒性减少，此外该类材料还具有吸光度大、化学稳定性高以及生物毒性低等优点，因此对生物应用具有重要的意义。

在上转换材料中，掺杂的稀土离子部分地取代氧化物或氟化物基质材料的阳离子，掺杂的稀土离子包括敏化离子和激活离子。其中以掺杂离子Er³⁺（摩尔含量0.01%~10%）、Tm³⁺ （摩尔含量0.01%~10%）、Ho³⁺（摩尔含量0.01%~10%）、 Nd³⁺ （摩尔含量0.01%~10%）、Pr³⁺（摩尔含量0.01%~10%）、 Dy³⁺（摩尔含量0.01%~10%） 中的一种或者几种作为激活离子。以Yb³⁺（摩尔含量0.1%~60%）为敏化剂。在红外光源（800nm~1600nm）的照射下稀土掺杂的上转换材料由于稀土激活离子的能级跃迁可以发出不同波长的可见光、紫外光或者红外光。