一种核壳型磁性荧光复合编码材料及其制备方法

本发明属于生物分析，特别是涉及一种核壳型磁性荧光复合编码材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于生物技术在医学领域的快速发展以及人们在细胞分子水平对肿瘤等疾病发病机制的认识不断深入，生物标志物的种类和数量越来越多。传统的检测技术，如酶联免疫吸附测定(elisa)，只能在一次实验中分析一种分子，而随着系统生物学领域的发展，在一个样品中同时检测多个目标的多重检测的需求正日益增加。编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程，简单来讲就是语言的翻译过程，由于信息的表现形式多种多样，因而编码的方案和载体也非常多，如生活中常见的二维码、条形码、计算机常用的ascii码等。信息编码技术在定义解码设备可读的海量信息方面具有无与伦比的作用，启发了来自化学、生物和医学协会的研究人员探索编码技术辅助多重生物分析，以适应快速诊断和疾病治疗日益迫切的需求。生物编码技术是指采用具有可区分信号的生物编码识别单元，通过特异性的识别和追踪生物标志物，通过一些光/磁解码仪器(如荧光分光光度计、荧光显微镜、磁阻传感器等)进行信息解码后，实现对生物信息的还原，它在多重生物检测方面具有特异性识别能力、短分析时间和低成本等优点，有着巨大的发展前景。

2、基于荧光波长和强度组合的荧光编码探针已经产生，并用于同时检测多种爆炸物、蛋白质、肿瘤细胞和核酸。目前较为经典的荧光编码体系是已经商业化的luminex公司的xmap技术，用两种荧光染料将直径为5.6微米的聚苯乙烯微球染成不同配比的荧光色，从而获得多达100种荧光编码的微球。然而，荧光编码的条形码缺乏从复杂样品中同时准确收集每个目标的能力，即缺乏分离能力，这样不仅费时费力，而且效率低，如果能将荧光材料和磁性材料的功能结合起来，实现一步法检测与分离，将大大缩短诊断分析的时间。

3、磁性纳米粒子(mnps)由于其小尺寸、单磁畴结构和超顺磁性等特性，常用于复杂生物样本中靶标的分离与检测，因此，近年来，各种有机染料结合磁性纳米粒子作为荧光材料被用于生物分析。最常用于各类分子检测的粒子直径为亚微米至微米级别，然而超顺磁性纳米粒子的直径一般在50nm以下，要想得到大磁粒径(磁性能强)且具有超顺磁性的磁性荧光复合纳米材料是一个难题。另外，由于传统有机染料的ph依赖性、光漂白、吸收波长窄、发射光谱不对称、斯托克斯位移小、激发态荧光寿命短等原因，使得传统有机染料的性能存在局限性。而量子点(qd)具有粒径和成分可调发射、宽的激发和吸收范围、窄而对称的光电发射、强发光和强光稳定性，是代替传统荧光染料的优选材料。

4、基于纳米颗粒(nps，包括量子点和磁性纳米粒子)，荧光/磁性微/纳米球的结构主要通过四种方法构建：(1)将nps嵌入微/纳米球中；(2)在微/纳米球体形成过程中加入nps；(3)在微/纳米球孔内原位合成nps；(4)在微/纳米球体表面组装nps。在(1)和(3)的技术中，分别预制备微/纳米球体和nps，然后将其组合在一起；而在其他两种技术中，微/纳米球体或nps的形成过程中会发生组合。嵌入和组装的结合可以最大限度地利用空间，比如磁核与量子点壳层的结合，这可能有助于构建具有高亮度或快速磁响应的更小球体，从而有效地解决尺寸和信号强度之间的矛盾。

5、另外，以往大多数研究都是先制备量子点和磁性纳米粒子，然后通过微乳液或溶胶-凝胶法将其加入到相同的聚合物基质中，与不同的生物分子具有单分散性、生物相容性、低毒性、易功能化等优点。然而，由于量子点与磁性纳米粒子直接接触会导致荧光猝灭，且每种聚合物中量子点和磁性纳米粒子的加载数量有限，导致制备过程受到影响。

6、另一种方法是通过层层组装法制备荧光磁性复合编码微球，通过调整组装层数量和每层上的nps种类以及改变组装层，可以精确地实现编码；其中包括静电层层组装以及基于化学键作用的层层组装；静电层层组装制备的荧光磁性复合编码微球，由于采用的是静电原理，这种物理结合力不稳定，不如化学键结合牢固，并且静电组装一般基于水溶性量子点，量子点上有巯基配体，这种方式封端的量子点降低了发光强度。

7、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案，基于金属配位作用的层层组装法制备出荧光/磁性性能高、稳定性好的荧光磁性复合编码探针，以改善编码能力。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种核壳型磁性荧光复合编码材料及其制备方法，基于金属配位作用的层层组装法制备出荧光/磁性性能高、稳定性好的荧光磁性复合编码探针，同时解决现有技术中微乳液法制备策略中由磁引起的量子点猝灭问题，以及传统有机染料引起的光漂白问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，以fe3o4@sio2微球为编码载体，逐层连接多层不同颜色的量子点，采用金属配位层层组装法，制备核壳型磁性荧光复合编码材料，包括以下步骤：

3、s1、称取一定量fe3o4@sio2微球溶液，离心去除上清液，得到fe3o4@sio2微球颗粒；

4、s2、分别称取不同颜色的原量子点溶液，加入正辛酸或正辛胺加热一段时间后，加入乙醇至变浑浊，离心后进行洗涤，然后再将洗涤后的颗粒溶解于正己烷中，加入乙醇至变浑浊，再次离心分离出量子点颗粒，将所述量子点颗粒溶于氯仿中超声分散均匀，得到qd的氯仿溶液，然后与正丁醇混合，得到不同颜色的qd分散液；

5、s3、将步骤s1中得到的所述fe3o4@sio2微球颗粒加入其中一种颜色的所述qd分散液中，常温下在恒温振荡仪中振荡反应30～60min，离心后，依次用正丁醇/氯仿、正己烷、无水乙醇清洗并磁分离，得到单层磁性荧光微球；

6、s4、将所述单层磁性荧光微球加入预先制备好的pei溶液中进行超声混合，然后常温下在恒温振荡仪中振荡反应，磁分离后用水清洗，再经磁分离，得到氨基化的单层磁性荧光微球；

7、s5、将所述氨基化的单层磁性荧光微球加入另一种颜色的所述qd分散液中，常温下在恒温振荡仪中振荡反应，离心后，依次用正丁醇/氯仿、正己烷、无水乙醇清洗并磁分离，得到双层磁性荧光微球；

8、s6、重复步骤s4、s5，将其他颜色的qd层层组装于fe3o4@sio2微球上，得到多层磁性荧光微球，然后将所述多层磁性荧光微球分散于乙醇中，得到核壳型磁性荧光复合编码材料。

9、优选地，步骤s1中所述fe3o4@sio2微球为氨基修饰的fe3o4@sio2微球颗粒，且所述fe3o4@sio2微球颗粒的粒径大小为200nm～250nm。

10、优选地，步骤s2中所述原量子点溶液选自三种不同颜色的量子点，所述量子点的颜色选自红色量子点、绿色量子点、蓝色量子点中的一种；其中，所述红色量子点为cds/cdse量子点，所述绿色量子点为cds/cdse量子点，所述蓝色量子点为zncdse/zns量子点。

11、优选地，步骤s2中所述加热的温度为50～70℃，所述加热的时间为4～6min。

12、优选地，步骤s2中得到的不同颜色的所述qd分散液的浓度为1×10-9mol/l～10×10-9mol/l。

13、优选地，步骤s2的所述qd分散液中所述氯仿与所述正丁醇之间的质量比为1:19。

14、优选地，步骤s3中，将0.4mg的所述fe3o4@sio2微球颗粒加入1ml其中一种颜色的所述qd分散液中，常温下在800～1200rpm的恒温振荡仪中振荡反应30～60min，离心后，依次用正丁醇/氯仿、正己烷、无水乙醇清洗并磁分离，得到单层磁性荧光微球。

15、优选地，步骤s4中，将所述单层磁性荧光微球加入1ml预先制备好的pei溶液中进行超声混合，然后常温下在800～1200rpm恒温振荡仪中振荡反应30min，磁分离后用水清洗，再经磁分离，得到氨基化的单层磁性荧光微球。

16、优选地，步骤s4中所述pei溶液为pei的氯化钠溶液；其中，在所述pei溶液中，所述pei的浓度为0.9mg/ml，所述氯化钠溶液的浓度为0.5mol/l。

17、优选地，步骤s5中，将所述氨基化的单层磁性荧光微球加入1ml另一种颜色的所述qd分散液中，常温下在800～1200rpm的恒温振荡仪中振荡反应30min～60min。

18、本发明还提供一种核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法所制备的核壳型磁性荧光复合编码材料，所述核壳型磁性荧光复合编码材料包括编码载体和无机荧光材料，以编码载体为核，以无机荧光材料为壳，将不同颜色的所述无机荧光材料通过金属配位层层组装在所述编码载体上；其中，所述编码载体为fe3o4@sio2微球；所述无机荧光材料选自不同颜色的量子点。

19、如上所述，本发明的核壳型磁性荧光复合编码材料及其制备方法，具有以下有益效果：

20、本发明中的核壳型磁性荧光复合编码材料结合了优异的磁与荧光性能，让复合编码材料不仅可以利用不同量子点的浓度和颜色(或波长)进行编码，并且量子点的初始浓度和制备出的磁性荧光复合编码材料的荧光强度具有很好的线性相关性，不同颜色的量子点之间会有明显的区分度；以二氧化硅包裹四氧化三铁颗粒作为编码载体，采用金属配位层层组装量子点，使得所制备的核壳型磁性荧光复合编码材料具有良好的磁性能以及保留了超顺磁性，该复合编码材料的粒径可调范围更为灵活广泛；且本发明是基于金属配位作用的组装，使得所制备的核壳型磁性荧光复合编码材料的性能更加稳定。

技术特征：

1.一种核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于，以fe3o4@sio2微球为编码载体，逐层连接多层不同颜色的量子点，采用金属配位层层组装法，制备核壳型磁性荧光复合编码材料，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述fe3o4@sio2微球颗粒为氨基修饰的fe3o4@sio2微球颗粒，且所述fe3o4@sio2微球颗粒的粒径大小为200nm～250nm。

3.根据权利要求1所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中包括以下条件中的一项或组合：

4.根据权利要求1所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中得到的不同颜色的所述qd分散液的浓度为1×10-9mol/l～10×10-9mol/l。

5.根据权利要求1所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s2的所述qd分散液中所述氯仿与所述正丁醇之间的质量比为1:19。

6.根据权利要求1所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s3中，将0.4mg的所述fe3o4@sio2微球颗粒加入1ml其中一种颜色的所述qd分散液中，常温下在800～1200rpm的恒温振荡仪中振荡反应30～60min，离心后，依次用正丁醇/氯仿、正己烷、无水乙醇清洗并磁分离，得到单层磁性荧光微球。

7.根据权利要求6所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s4中，将所述单层磁性荧光微球加入1ml预先制备好的pei溶液中进行超声混合，然后常温下在800～1200rpm恒温振荡仪中振荡反应30min，磁分离后用水清洗，再经磁分离，得到氨基化的单层磁性荧光微球。

8.根据权利要求7所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s4中所述pei溶液为pei的氯化钠溶液；其中，在所述pei溶液中，所述pei的浓度为0.9mg/ml，所述氯化钠溶液的浓度为0.5mol/l。

9.根据权利要求7所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法，其特征在于：步骤s5中，将所述氨基化的单层磁性荧光微球加入1ml另一种颜色的所述qd分散液中，常温下在800～1200rpm的恒温振荡仪中振荡反应30min～60min。

10.一种采用权利要求1～9中任一所述的核壳型磁性荧光复合编码材料的制备方法所制备的核壳型磁性荧光复合编码材料，其特征在于：所述核壳型磁性荧光复合编码材料包括编码载体和无机荧光材料，以编码载体为核，以无机荧光材料为壳，将不同颜色的所述无机荧光材料通过金属配位层层组装在所述编码载体上；其中，所述编码载体为fe3o4@sio2微球；所述无机荧光材料选自不同颜色的量子点。

技术总结
本发明提供一种核壳型磁性荧光复合编码材料及其制备方法，以Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;微球为编码载体，同时逐层多层不同颜色的量子点，采用金属配位层层组装法，制备核壳型磁性荧光复合编码材料。本发明中的核壳型磁性荧光复合编码材料结合了优异的磁与荧光性能，让复合编码材料不仅可利用不同量子点的浓度和颜色(或波长)进行编码，并且量子点的初始浓度和制备出的磁性荧光复合编码材料的荧光强度具有很好的线性相关性，不同颜色的量子点之间会有明显的区分度；以二氧化硅包裹四氧化三铁颗粒作为编码载体，采用金属配位层层组装量子点，使得所制备的核壳型磁性荧光复合编码材料具有良好的磁性能以及保留了超顺磁性。

技术研发人员：宓现强,陈紫婷
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23