[发明专利]一种延迟激射发光纳米探针及其制备方法

说明书

本发明公开了一种延迟激射发光纳米探针，包括Au纳米颗粒、包裹在Au纳米颗粒表面的致密二氧化硅隔离层和覆盖在致密二氧化硅隔离层表面的染料分子掺杂的二氧化硅层；上述染料分子具有三重激发态以形成三能级结构，Au纳米颗粒的谐振频率与染料分子的三重态能级相匹配。本发明还公开了上述发光纳米探针的制备方法。本发明的发光纳米探针等离激射光谱线宽仅在3nm左右，激射阈值低至1.0mJ/cm²，发光寿命约为10²μs，可应用于超多通道同时检测，提高检测精确度，适用于生物检测；且其制备方法安全、高效，适合大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料和生物检测领域，特别是涉及一种延迟激射发光纳米探针及其制备方法。

背景技术

到目前为止，发光探针如荧光染料和蛋白质、半导体纳米晶体(即量子点)、上转换纳米颗粒和生物发光分子等在生命科学、医学和化工等相关领域的广泛应用已经产生了不可估量的社会价值。但是，传统的发光探针依然存在着许多缺点，如发射光谱范围较宽、发光寿命较短等。通常，荧光染料和蛋白质发射光谱峰宽约50～100nm(Chem.Rev.，2012，112，4391-4420)，量子点和上转换纳米颗粒具有较窄的光谱，但仍在30～50nm(Chem.Rev.，2016，116，10820-10851；Nat.Nanotechnol.，2015，10，924)的范围内。较宽的光谱很大程度上限制了样品上可同时标记的可分辨颜色的数量，通常最多为4-5种。传统发光探针的发光寿命较短(Nat.Photonics，2013，8，32)，很容易和组织中内源性分子的荧光发射重叠而干扰测定。

发生受激辐射的激光具有约1-2nm的超窄光谱，如果可以将激光器缩小到纳米尺寸，就可以实现超多通道同时检测。然而，理论上光子腔的物理尺寸不能小于半波长，实际上通常需要几微米到几十微米来补偿光损失(Nat.Rev.Mater.，2016，1，16028)，这对于生物探针来说显然太大。

进一步缩小激光器尺寸的一种有前景的方法是用电荷密度波替换腔中的光波，称为表面等离子体激光器(Surface Plasmon Laser)或简称为SPASER(Phys.Rev.Lett.，2008，101，226806)。原理上，SPASER的物理尺寸可以缩小到几纳米，激光作用可以通过传播或局域表面等离子体激元得到支持。基于局域表面等离子体激元的SPASER提供原位振荡反馈，使得在单个纳米颗粒上建立起立式激光发射器成为可能(Nature，2009，460，1110)。尽管单颗粒SPASER在生物学应用中有潜在的广阔应用前景(Nat.Commun.，2017，8，15528)，但单颗粒谐振腔的低品质因子(～15)，高欧姆损失和短等离子体寿命(fs-ps)(LaserPhotonics Rev.，2013，7，1-21)限制了它的应用。为了实现粒子数反转并补偿损耗，通常需要非常高的泵浦能量(＞10²mJ/cm²)(Nano Lett.，2013，13，4106-4112)。这些苛刻的条件大大削弱了其作为生物探针应用的潜力，特别是用于活细胞分析。另外，由于腔内能量保留时间短，这种类型的SPASERs被认为会发出短脉冲(～ps-ns)(Laser Photonics Rev.，2013，7，1-21)。如此短的发光寿命对于生物探针来说这很不利，因为大部分发光信号会被强的自发辐射背景所掩盖。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种等离激射光谱线宽窄、激射阈值低、发光寿命长的发光探针。

本发明的另一目的是提供能够安全、高效地批量合成上述发光探针的方法。

技术方案：本发明提供一种延迟激射发光纳米探针，该探针包括Au纳米颗粒、包裹在Au纳米颗粒表面的致密二氧化硅隔离层和覆盖在致密二氧化硅隔离层表面的染料分子掺杂的二氧化硅层；染料分子具有三重激发态以形成三能级结构，Au纳米颗粒的谐振频率与染料分子的三重态能级相匹配。