本發(fā)明涉及熒光編碼微球，具體涉及一種稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熒光編碼微球檢測技術(shù)是近年來廣受關(guān)注的多指標(biāo)檢測技術(shù)之一，熒光編碼微球可實現(xiàn)對核酸、蛋白、小分子化合物等的同時鑒定和定量分析，與此同時，熒光編碼微球檢測技術(shù)還具有多種優(yōu)勢，如微球粒徑和熒光強度高度可控性、高靈敏性和特異性、生物相容性好、編碼與解碼簡單、可定量檢測、高熒光穩(wěn)定性、易于制備和操作等。因此，熒光編碼微球檢測技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、生物藥物、癌癥診斷、藥物釋放和靶向性的檢測、環(huán)境中有害物質(zhì)的監(jiān)測和環(huán)境污染等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、與傳統(tǒng)的有機熒光染料和無機量子點相比，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶具有較長的發(fā)光壽命，不易受環(huán)境因素影響而衰減，發(fā)光穩(wěn)定性更好，不易受光輻射而發(fā)生光漂白現(xiàn)象，發(fā)光譜通常較窄，可以提供更純凈的光譜等，使其更適合用于制備熒光編碼微球。負(fù)載稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的聚合物熒光微球，適用于長期追蹤和標(biāo)記應(yīng)用，更適用于長時間穩(wěn)定的熒光標(biāo)記，在各種環(huán)境條件下具有良好的熒光穩(wěn)定性。

3、目前制備熒光編碼微球的方法主要有溶脹法、包埋法、共價鍵合法等。溶脹法制備的熒光編碼微球納米晶容易從微球內(nèi)部泄露出來，包埋法不可避免地會引入自由基，自由基會引起缺陷，造成明顯的熒光淬滅，共價鍵合法實驗過程繁瑣，并且納米晶在微球表面容易發(fā)生非特異性吸附。

4、此外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，烯烴-降冰片烯共聚物材料因具有易加工、制作成本低、通道表面容易修飾、生物相容性好等優(yōu)點，以及其還具有的良好的化學(xué)惰性、良好的光學(xué)透明性、熒光背景低的優(yōu)點，可作為熒光編碼微球的基質(zhì)材料。但是，烯烴-降冰片烯共聚物材料通道內(nèi)壁具有很強的疏水性，而稀土上轉(zhuǎn)換納米晶表面有配體，使得兩者混合時容易發(fā)生相分離使得納米晶在溶融態(tài)共聚物中發(fā)生團聚，使熒光編碼微球單分散性不好，容易發(fā)生粘連，這在很大程度上降低了熒光編碼微球的靈敏度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，公開了一種稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球，本發(fā)明的微球采用改性的烯烴-降冰片烯共聚物作為基質(zhì)材料，采用紅色、藍(lán)色或綠色稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶作為熒光編碼材料。并且，本發(fā)明還公開了一種稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球的制備方法，通過對烯烴-降冰片烯共聚物進行改性，再將改性的烯烴-降冰片烯共聚物與上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶共混得到均勻的共混體，并將其熱壓成棒狀作為芯層插入一級包層棒制成一級預(yù)制棒后熱拉制成一級纖維，再將多根以及纖維插入二級包層棒內(nèi)制成二級預(yù)制棒后熱拉制成二級纖維，將經(jīng)過二次拉伸的二級纖維進行熱處理得到具有編碼功能的聚合物熒光微球。在制備時，可以選擇調(diào)整稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的類型和濃度，使編碼微球具有不同類型和強度的熒光，得到超大編碼容量的單色和多色熒光編碼微球。本發(fā)明方法工藝流程簡單，適合規(guī)?；a(chǎn)，微球編碼容量大，熒光性能穩(wěn)定，可用于檢測生物學(xué)樣本中的細(xì)胞、蛋白質(zhì)或其他分子。

2、本發(fā)明公開了一種稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球，包括以下組分：

3、z1wt％的改性的烯烴-降冰片烯共聚物，75≤z1＜100；

4、z2wt％紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶，0≤z2≤25；

5、z3wt％綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶，0≤z3≤25；

6、z4wt％藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶，0≤z4≤25；z2、z3、z4不同時為0；

7、其中，改性的烯烴-降冰片烯共聚物結(jié)構(gòu)式為：

8、1≤x≤10，1≤y≤10，r為羥基或氨基。

9、進一步的技術(shù)方案是：紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為cusc0.81in0.99f8:0.19er3+,0.01mg2+；綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為k3sr3.76in5f26:0.2yb,0.02er,0.02pr；藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為ni8sc2.45al2.55f8:0.55tm3+,0.45mg2+。

10、本發(fā)明還公開了一種稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球的制備方法，包括如下步驟：

11、步驟1：將烯烴-降冰片烯共聚物加入甲苯溶液中，在50℃下加熱攪拌25～40min至完全溶解得到混合溶液，通過涂布機將混合溶液制成薄膜；

12、步驟2：將步驟1的薄膜碾碎后加入溴水中，在紫外燈照射下反應(yīng)12h，再倒入堿溶液中浸泡24h，將反應(yīng)后的溶液在-99℃下冷凍干燥，得到改性的烯烴-降冰片烯共聚物；

13、步驟3：稱取z1wt％的步驟2的改性的烯烴-降冰片烯共聚物加入裝有環(huán)己烷溶劑的燒杯中并在60℃下連續(xù)加熱攪拌，稱取z2wt％的紅色上轉(zhuǎn)換納米晶、z3wt％的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶、z4wt％的藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶分散在裝有環(huán)己烷溶劑的容器中，待改性的烯烴-降冰片烯共聚物完全溶解后將容器中的混合溶液倒入燒杯中，連續(xù)攪拌8～12h，再冰水浴超聲2～3h后，在-30～-10℃下冷凍干燥15～24h，得到芯層材料；其中，75≤z1＜100，0≤z2≤25，0≤z3≤25，0≤z4≤25；z2、z3、z4不同時為0；

14、步驟4：將包層材料熱壓制成含有空腔的圓柱形的一級包層棒，將步驟3的芯層材料在230℃下熱壓制成圓柱形的芯層棒，將芯層棒置入一級包層棒的空腔內(nèi)后，再將一級包層棒放入真空干燥箱中在100℃下熱固30min得到一級預(yù)制棒，將一級預(yù)制棒在360℃下熱拉制得一級纖維；

15、步驟5：將包層材料熱壓制成內(nèi)設(shè)有空腔的圓柱形的二級包層棒，取多根直徑高度相同的一級纖維插入二級包層棒的空腔中，再將二級包層棒放入真空干燥箱中在100℃下熱固30min得到二級預(yù)制棒，將二級預(yù)制棒在360℃下熱拉制得二級纖維；

16、步驟6：將步驟5的二級纖維在350～380℃下熱處理3～10min；

17、步驟7：將步驟6的二級纖維溶解于包層材料選擇性溶劑中，加熱攪拌至完全溶解，高速離心5min，去除上層液體并收集沉淀，將沉淀重新加入包層材料選擇性溶劑，經(jīng)過反復(fù)多次的溶解、離心和過濾后，充分去除包層材料，得到稀土上轉(zhuǎn)換紅綠藍(lán)熒光編碼微球。

18、進一步的技術(shù)方案是：所述紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為

19、cusc0.81in0.99f8:0.19er3+,0.01mg2+；綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為

20、k3sr3.76in5f26:0.2yb,0.02er,0.02p；藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的結(jié)構(gòu)式為

21、ni8sc2.45al2.55f8:0.55tm3+,0.45mg2+。

22、進一步的技術(shù)方案是：所述包層材料為聚砜樹脂。

23、進一步的技術(shù)方案是：所述包層材料選擇性溶劑為n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺或三氯甲烷中的一種。

24、進一步的技術(shù)方案是：所述堿溶液為氫氧化鉀、氫氧化鈉、乙二胺溶液中的一種。

25、進一步的技術(shù)方案是：步驟1制得的薄膜厚度為200～400μm。

26、進一步的技術(shù)方案是：步驟4的一級包層棒和步驟5的二級包層棒的直徑為20～30mm，步驟4的芯層棒的直徑為2～4mm。

27、進一步的技術(shù)方案是：步驟4的一級纖維和步驟5的二級纖維的直徑為400～800μm。

28、進一步的技術(shù)方案是：步驟7得到的微球粒徑為5～10μm。

29、本發(fā)明的有益效果：

30、本發(fā)明通過對烯烴-降冰片烯共聚物進行改性，通過親核取代反應(yīng)使其表面連接-oh或-nh2官能團，改性后的烯烴-降冰片烯共聚物表面接觸角明顯降低，能夠有效降低烯烴-降冰片烯共聚物的強疏水性，從而提升稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的分散性，進而提升熒光編碼微球的性能。并且，本發(fā)明使用溶液共混法將改性烯烴-降冰片烯共聚物和稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶混合，進一步促進了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶在改性烯烴-降冰片烯共聚物中的分散性。此外，本發(fā)明采用纖維的芯層流體力學(xué)制備方法，利用纖維內(nèi)流體不穩(wěn)定、包層材料與芯層材料的玻璃化溫度差、芯層材料的粘度以及溶劑對包層材料的選擇性溶解，使以改性烯烴-降冰片烯共聚物與稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶共混體作為的芯層軟化收縮成聚合物熒光微球，此方法制備的微球單分散性良好，微球粒徑均一，微球尺寸可控范圍大，能夠有效解決熒光編碼微球易發(fā)生粘連的問題。本發(fā)明方法制備微球的過程僅涉及物理過程而未涉及化學(xué)過程，因此，得到的熒光編碼微球高度保持了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的物理化學(xué)性能。

31、本發(fā)明的微球在制備時，可以采用不同類型和濃度的納米晶作為編碼基礎(chǔ)材料，使微球具有不同類型和強度的熒光，得到超大編碼容量的單色和多色熒光編碼微球，實現(xiàn)熒光編碼和高通量檢測。還可以通過控制纖維的拉伸次數(shù)來調(diào)整所制得微球的粒徑大小，從而滿足多種試驗的需要。