本發(fā)明屬于分析化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化合物、制備方法及其在制備近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

作為生物生理過程重要指標(biāo)，pH變化和分布與細(xì)胞的很多生命活動如酶活性、細(xì)胞的生長與凋亡、離子遷移及平衡、鈣的調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)吞作用等等相關(guān)，而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)腫瘤細(xì)胞生成后細(xì)胞內(nèi)pH分布也隨之發(fā)生變化，如酸性環(huán)境可能與腫瘤細(xì)胞或者一些炎癥相關(guān)。

熒光成像技術(shù)由于其檢測具有非破壞性、高靈敏性、響應(yīng)速度快、高信噪比等特點已經(jīng)成為研究生物細(xì)胞中生物分子、路徑和過程的重要工具。已經(jīng)報道的pH的熒光探針包括有機分子(Wan，Q.；Chen，S.；Shi，W.；Li，L.；Ma，H.，Angew.Chem.，Int.Ed.2014，53，10916-10920；Yin，J.；Hu，Y.；Yoon，J.，Chem.Soc.Rev.2015，44，4619-4644.)、納米發(fā)光材料(Benjaminsen，R.V.；Sun，H.；Henriksen，J.R.；Christensen，N.M.；Almdal，K.；Andresen，T.L.，ACS Nano 2011，5，5864-5873；Dennis，A.M.；Rhee，W.J.；Sotto，D.；Dublin，S.N.；Bao，G.，ACS Nano 2012，6，2917-2924；Zhou，K.；Wang，Y.；Huang，X.；Luby-Phelps，K.；Sumer，B.D.；Gao，J.，Angew.Chem.，Int.Ed.2011，50，6109-6114；Hu，J.；Liu，G.；Wang，C.；Liu，T.；Zhang，G.；Liu，S.，Biomacromolecules2014，15，(11)，4293-4301；Peng，J.；Xu，W.；Teoh，C.L.；Han，S.；Kim，B.；Samanta，A.；Er，J.C.；Wang，L.；Yuan，L.；Liu，X.；Chang，Y.-T.，J.Am.Chem.Soc.2015，137，2336-2342；Snee，P.T.；Somers，R.C.；Nair，G.；Zimmer，J.P.；Bawendi，M.G.；Nocera，D.G.，J.Am.Chem.Soc.2006，128，13320-13321；Shi，W.；Li，X.；Ma，H.，Angew.Chem.，Int.Ed.2012，51，6432-6435；Sun，S.；Ning，X.；Zhang，G.；Wang，Y.-C.；Peng，C.；Zheng，J.，Angew.Chem.，Int.Ed.2016，55，2421-2424.)等等。有機分子化學(xué)穩(wěn)定性差、光漂白和光降解現(xiàn)象比較嚴(yán)重，并且熒光壽命較短，組織穿透能力差，激發(fā)波長短，破壞生物組織及生物體自身背景熒光干擾等問題，限制了其應(yīng)用。納米發(fā)光材料相比有機分子具有化學(xué)穩(wěn)定性好、Stokes位移大、熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點，并且其激發(fā)處于近紅外區(qū)域，減少了紫外光激發(fā)對細(xì)胞組織的損傷；具有較強的組織穿透能力，避免了生物組織自體熒光的干擾。但目前由于上轉(zhuǎn)換納米材料制備尺寸均一且粒徑小、水溶性和生物相容性好的材料報道較少使得其在生物成像方面的應(yīng)用收到了限制。

比率型熒光探針可以同時檢測兩個不同波長處的熒光強度，建立內(nèi)部標(biāo)度，可以克服單一熒光探針由于如儀器效率、檢測環(huán)境、探針濃度等因素影響檢測信號的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供有機分子修飾的多層上轉(zhuǎn)換納米材料，具有發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移機理的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米探針的制備方法，以及在pH分布的熒光成像方面的應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種化合物1，其結(jié)構(gòu)式如下：

所述化合物1的合成路線如下：

所述化合物1的合成方法，具體步驟如下：

稱取4-羧基苯肼鹽酸鹽和氫氧化鈉于茄形瓶中，加入適量的乙醇超聲，室溫條件下攪拌，溶解30min，隨后將乙醇旋出，將剩余的固體轉(zhuǎn)移至三口瓶中，加入冰乙酸溶解，再加入醋酸鈉，超聲溶解，最后加入3-甲基-2-丁酮，加熱至回流，待反應(yīng)完全后，停止反應(yīng)，冷卻至室溫，減壓蒸餾，旋出冰乙酸，用冰水冷卻至0℃，慢慢加入飽和的碳酸鈉溶液，直至沒氣泡產(chǎn)生為止，用鹽酸調(diào)節(jié)pH＝4，用二氯甲烷萃取三次，收集油相，用無水硫酸鈉干燥，抽濾，再旋出二氯甲烷，得紅色油狀物2，3，3-三甲基-3H-吲哚-5-羧酸(化合物3)；將2，3，3-三甲基-3H-吲哚-5-羧酸和碘甲烷溶解于乙腈中，混合物加熱回流反應(yīng)，冷卻至室溫，過濾旋蒸除去溶劑的得到產(chǎn)物2；將化合物2和對羥基苯甲醛溶解在乙醇中加熱回流冷卻至室溫，過濾并用乙醇沖洗三次即得化合物1。

所述的化合物1在制備近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料中的應(yīng)用，包括以下步驟：

1)合成α-NaGdF₄納米顆粒

將Gd(CF₃COO)₃和CF₃COONa加入油酸、油胺和十八烯的混合物中，在三頸瓶中混合攪拌得懸濁液，懸濁液加熱至110℃，真空下激烈攪拌除去水和氧氣，然后升溫至310℃，氮氣環(huán)境下保持15分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心，即得α-NaGdF₄納米顆粒；

2)合成β-NaGdF₄納米顆粒

將α-NaGdF₄納米顆粒分散到油酸和十八烯混合物中，然后加入Gd(CF₃COO)₃和CF₃COONa，混合物加熱至110℃，真空下激烈攪拌除去水和氧氣，然后溶液升溫至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心，即得β-NaGdF₄納米顆粒；

3)合成β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒

將β-NaGdF₄納米顆粒分散到油酸和十八烯混合物中，然后加入Y(CF₃COO)₃、Yb(CF₃COO)₃、Tm(CF₃COO)₃和CF₃COONa，除氣后將溶液加熱至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心，即得β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒；

4)合成β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒

將β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒分散到油酸和十八烯混合物中，然后加入Y(CF₃COO)₃和CF₃COONa，除氣后將溶液加熱至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心，即得β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒；

5)制備丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒

將環(huán)己烷β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的膠狀液體分散到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和環(huán)己烷混合溶劑中，然后加入NOBF₄，攪拌30分鐘后，將DMF相加入過量的甲苯離心沉降，產(chǎn)物分散入包含PAA的DMF，攪拌過夜，最后在加入過量的丙酮沉降后離心機離心，即得丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(PAA-UCNPs)；

6)組裝近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)

化合物1的DMSO(二甲基亞砜)溶液逐滴加入PAA-UCNPs環(huán)己烷溶液中，然后混合物室溫下攪拌過夜，離心分離出固體，洗滌。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料在pH從6.8至8.8發(fā)光表現(xiàn)出比率變化，將其作為傳感器，具有pH傳感的可逆性好、光和熱穩(wěn)定性好、抗干擾性好等優(yōu)點，適用于pH近紅外比率的生物發(fā)光成像。

附圖說明

圖1為實施例1所得近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料示意圖(不是真正的比例)；

圖2為β-NaGdF₄(a)納米粒子、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm(b)納米粒子、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄(c)納米粒子的透射電鏡照片；(d)所制備的β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的高分辨透射電鏡照片；(e)β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的暗場掃描透射電子顯微鏡照片；(f)聚丙烯酸(PAA)修飾的β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的透射電子顯微鏡照片；(g)不同pH值HEPES(4-羥乙基哌嗪乙磺酸)溶液的化合物1(1.0×10^-5M)的吸收光譜及980nm光激發(fā)下pH值為7.4的HEPES溶液中聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(0.15mg/mL)的發(fā)光光譜；

圖3 980nm光激發(fā)下不同pH值DMSO-HEPES緩沖溶液(1∶9，v/v)近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)的吸收光譜(a)和上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜(b)；插圖：近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜從500到550nm；近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)的吸收光譜(c)和上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜(d)比率響應(yīng)與pH值之間的線性關(guān)系；

圖4(a)近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)UCL₆₅₀/UCL₅₁₃發(fā)光強度比率循環(huán)。980nm激發(fā)下近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)DMSO-HEPES緩沖溶液(1∶9，v/v，pH_app＝7.4)UCL₆₅₀/UCL₅₁₃溫度變化的發(fā)光強度比率圖(b)，980nm激發(fā)下時間變化的發(fā)光強度比率圖(c).980nm激發(fā)下近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)DMSO-HEPES緩沖溶液(1∶9，v/v，pH_app＝7.4)加入不同的分子(相對于化合物1的100當(dāng)量分子)，激發(fā)波長為980nm，UCL₆₅₀和UCL₅₁₃表示650和513nm的復(fù)合上轉(zhuǎn)換納米顆粒發(fā)光強度，有機分子為Cys，Phe，Ala，Met，Pro，Gly，Hcy，Glu，GSH，H₂O₂，Arg，Lys，Leu，Tyr，Glc，Trp，Ser，Thr，Asp，Val，and lle(d).金屬離子分別為空白，Al³⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，pb²⁺，和Zn²⁺(e).陰離子為F^-，Cl ^-，Br^-，I^-，S^2-，N₃^-，HS^-，AcO^-，CO₃^2-，NO₃^-，SO₃^2-，SO₄^2-，SiO₃^2-，PO₄^3-，ClO₃^-，ClO₄^-，C₂O₄^2-，S₂O₃^2-，P₂O₇^4-，HCO₃^-，HSO₃^-，HPO₄^2-，和H₂PO₄^-(f)；

圖5 pH分別為6(a-e)，7(f-j)，8(k-o)，和9(p-t)的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)的HeLa細(xì)胞的共聚焦顯微鏡照片，激發(fā)波長為980nm；525/50濾片綠色通道(第一列)，595/50濾片的紅色通道(第二列)和第一列和第二列疊加(第三列)的照片，上述兩個通道的比率照片(第四列)和相應(yīng)的對比照片(第五列)，I_green/I_red的比率值由pH 6到pH 9分別為7.211，6.091，2.059和1.973；

圖6所制備的β-NaGdF₄(核)，β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm(核@殼)和β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄(核@殼@殼)納米顆粒的XRD圖樣；

圖7油酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(OA-UCNPs)和相同濃度下的聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(citric-UCNPs)的發(fā)射光譜；

圖8化合物1，PAA-UCNPs-1和PAA-UCNPs紅外光譜；

圖9近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)的化合物1濃度與紫外可見光譜強度關(guān)系；535nm處的吸收與強度關(guān)系圖(插圖)，近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)中化合物1的濃度為7.07wt％；

圖10激發(fā)波長為980nm化合物1(1.0×10^-5M)在不同pH值下0.01M HEPES溶液的熒光光譜；

圖11激發(fā)波長為980nm聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒PAA-UCNPs(0.15mg/mL)不同pH值下在0.01M HEPES溶液中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜；

圖12基于歸一化發(fā)射比率I₅₆₅/I₅₂₅的pH滴定圖；

圖13基于I₆₅₀/I₅₁₃比率的相關(guān)pH滴定圖；

圖14不同pH的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)發(fā)光光譜比率關(guān)系圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。

實施例1

化合物1采用如下合成路線：

稱取4-羧基苯肼鹽酸鹽(500mg，2.46mmol)和氫氧化鈉(98.5mg，2.46mmol)于100mL的茄形瓶中，加入適量的乙醇超聲，室溫條件下攪拌，溶解30min，隨后將乙醇旋出，將剩余的固體轉(zhuǎn)移至100mL三口瓶中，加入16mL冰乙酸溶解，再加入醋酸鈉(405mg，4.94mmol)，超聲溶解，最后加入3-甲基-2-丁酮(397μL，3.7mmol)，加熱至100℃，回流16h。待反應(yīng)完全后，停止反應(yīng)，冷卻至室溫，減壓蒸餾，旋出冰乙酸，用冰水冷卻至0℃，慢慢加入飽和的碳酸鈉溶液，直至沒氣泡產(chǎn)生為止，用鹽酸調(diào)節(jié)pH＝4，用二氯甲烷萃取三次，收集油相，用無水硫酸鈉干燥，抽濾，再旋出二氯甲烷，得紅色油狀物2，3，3-三甲基-3H-吲哚-5-羧酸(化合物3，405mg，產(chǎn)率為81％)。

將2，3，3-三甲基-3H-吲哚-5-羧酸(1.0g，4.93mmol)和碘甲烷(700mg，4.93mmol)溶解于10毫升乙腈中，混合物加熱回流反應(yīng)12小時，冷卻至室溫，過濾旋蒸除去溶劑的得到化合物2(0.76g，44.7％)。

表征如下：¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆，TMS)：δ_H 8.38(s，1H)，8.19(d，1H)，8.03(d，21H)，4.00(s，3H)，2.82(s，3H)，1.57(sd，6H).¹³C NMR(100MHz，DMSO-d₆)：δ_C 199.48，166.95，142.42，141.72，132.04，130.83，124.68，115.85，54.72，35.52，21.96，and 15.12。

將化合物2(690mg，2.0mmol)和對羥基苯甲醛(244mg，2.0mmol)溶解在10mL乙醇中加熱回流3小時冷卻至室溫，過濾并用乙醇沖洗三次得到最終產(chǎn)物(化合物1，318.6mg，31.6％)。

表征如下：HRMS(EI)m/z：calcd for C₂₀H₂₀NO₃[M-I]，322.1443；found，322.1442.¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆，TMS)：δ_H 10.97(s，1H)，8.47(d，1H)，8.39(s，1H)，8.17(m，3H)，7.93(d，1H)，7.49(d，1H)，6.98(d，2H)，4.10(s，3H)，1.82(s，6H).¹³C NMR(100MHz，DMSO-d₆)：δ_C183.80，167.08，164.30，155.91，145.69，143.86，134.60，131.16，130.87，126.53，124.20，117.03，115.13，109.76，52.26，34.69，and 26.06。

近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料的制備

1)合成α-NaGdF₄納米顆粒

將Gd(CF₃COO)₃(1mmol)和CF₃COONa(1mmol)加入油酸、油胺和十八烯的混合物(40mmol，摩爾比：1∶1∶2)中，在100mL三頸瓶中混合攪拌，懸濁液加熱至110℃，真空下激烈攪拌除去水和氧氣，然后溶液升溫至310℃，氮氣環(huán)境下保持15分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心(7800轉(zhuǎn)/分鐘，10分鐘)，得到α-NaGdF₄納米顆粒，α-NaGdF₄納米顆粒分散至10mL環(huán)己烷中保存。

2)合成β-NaGdF₄納米顆粒

將5mL步驟1)所制備的α-NaGdF₄納米顆粒的環(huán)己烷分散液，分散到油酸和十八烯混合物中(40mmol，摩爾比：1∶1)，然后加入0.5mmol Gd(CF₃COO)₃和0.5mmol CF₃COONa，混合物加熱至110℃，真空下激烈攪拌除去水和氧氣，然后溶液升溫至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心(7800轉(zhuǎn)/分鐘，10分鐘)，得到β-NaGdF₄納米顆粒，β-NaGdF₄納米顆粒分散至10mL環(huán)己烷中保存。

3)合成β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒

將5mL步驟2)所制備的β-NaGdF₄納米顆粒的環(huán)己烷液，分散到油酸和十八烯混合物中(40mmol，摩爾比：1∶1)，然后加入指定量的0.09mmol Y(CF₃COO)₃、0.9mmol Yb(CF₃COO)₃、0.01mmol Tm(CF₃COO)₃和1mmol CF₃COONa，除氣后將溶液加熱至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心(7800轉(zhuǎn)/分鐘，10分鐘)，得到β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒，β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒分散至10mL環(huán)己烷中保存。

4)合成β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒

將5mL步驟3)所制備的β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm納米顆粒的環(huán)己烷分散液，分散到油酸和十八烯混合物中(40mmol，摩爾比：1∶1)，然后加入1mmol Y(CF₃COO)₃和1mmol CF₃COONa，除氣后將溶液加熱至310℃，氮氣環(huán)境下保持30分鐘后冷卻至室溫，加入過量的乙醇沉降后離心機離心(7800轉(zhuǎn)/分鐘，10分鐘)，得到β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒，β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒分散至5mL環(huán)己烷中保存。

5)制備聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒

將1mLβ-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的環(huán)己烷分散液，分散到5mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和4mL環(huán)己烷混合溶劑中，然后加入50mgNOBF₄，攪拌30分鐘后，將DMF相加入過量的甲苯離心沉降(18000轉(zhuǎn)/分鐘，15分鐘)，產(chǎn)物分散入包含30mg PAA(25％皂化)的10mL DMF，攪拌過夜，最后在加入過量的丙酮沉降后，離心機離心(18000轉(zhuǎn)/分鐘，15分鐘)后收集丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(PAA-UCNPs)。

6)組裝近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)

化合物1(0.03mmol)的DMSO(0.5mL)溶液逐滴加入PAA-UCNPs的環(huán)己烷溶液(1mg/mL)中，然后混合物室溫下攪拌過夜，混合物離心后，反復(fù)用水/乙醇(v/v＝1∶1)洗滌固相，即為所述的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(所得近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料需在去離子水中分散保持)。

本實施例中制備的近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料作為熒光探針的應(yīng)用

如圖1所示近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(pH值比率和基于發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移的納米傳感器)由半菁染料改性核/殼/殼納米粒子所得到，經(jīng)過的β-NaGdF₄、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄三個過程得到多層納米粒子。圖2中a～f為β-NaGdF₄、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄透射電鏡照片及β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的高分辨透射電鏡照片、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的暗場掃描透射電子顯微鏡照片及聚丙烯酸修飾的β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄納米顆粒的透射電子顯微鏡照片；圖2(g)顯示的不同pH值(5.0、7.4、9.0)HEPES(4-羥乙基哌嗪乙磺酸)溶液的化合物1(1.0×10^-5M)的吸收光譜及980nm光激發(fā)下pH值為7.4的HEPES溶液中聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(0.15mg/mL)的發(fā)光光譜，說明聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒的450和475nm的光可以被有機分子吸收，而513nm的光沒有被吸收，不會發(fā)生變化。圖3表明980nm光激發(fā)下不同pH 值DMSO-HEPES緩沖溶液(1∶9，v/v)近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)的吸收光譜(a)和上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜(b)有重疊表現(xiàn)出比率發(fā)光的特點；近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)(0.15mg/mL)UCL₆₅₀/UCL₅₁₃發(fā)光強度比率可以隨pH值循環(huán)，并且強度比率變化可以抗多種物質(zhì)的干擾如圖4，包括有機分子Cys，Phe，Ala，Met，Pro，Gly，Hcy，Glu，GSH，H₂O₂，Arg，Lys，Leu，Tyr，Glc，Trp，Ser，Thr，Asp，Val，and lle金屬離子Al³⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，pb²⁺，和Zn²⁺以及陰離子F^-，Cl^-，Br^-，I^-，S^2-，N₃^-，HS^-，AcO^-，CO₃^2-，NO₃^-，SO₃^2-，SO₄^2-，SiO₃^2-，PO₄^3-，ClO₃^-，ClO₄^-，C₂O₄^2-，S₂O₃^2-，P₂O₇^4-，HCO₃^-，HSO₃^-，HPO₄^2-和H₂PO₄^-。如圖5所示近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)的HeLa細(xì)胞的共聚焦顯微鏡照片表現(xiàn)為比率變化的特點，I_green/I_red的比率值由pH 6到pH 9分別為7.211，6.091，2.059和1.973。圖6展示了β-NaGdF₄(核)、β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm(核@殼)和β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄(核@殼@殼)納米顆粒的XRD圖樣，為JCPDS 16-0334晶型的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖樣。圖7中的相同濃度下的聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(citric-UCNPs)的發(fā)射光譜較油酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒(步驟5)中的PAA變成油酸制成)(OA-UCNPs)的發(fā)射光譜略有下降，峰的位置和相對強度不變，有機分子探針和有機分子修飾的多層上轉(zhuǎn)換納米顆粒(PAA-UCNPs-1)中的1473，1527和1573cm^-1的峰歸屬于化合物1，表明化合物1與上轉(zhuǎn)換納米顆粒組裝成功。圖9由紫外可見光譜吸收峰強度得出：近紅外比率發(fā)光上轉(zhuǎn)換納米材料(PAA-UCNPs-1)中化合物1的濃度為7.07wt％。圖10為激發(fā)波長為980nm化合物1(1.0×10^-5M)在不同pH值下0.01M HEPES溶液的熒光光譜。圖11是激發(fā)波長為980nm聚丙烯酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米顆粒PAA-UCNPs(0.15mg/mL)不同pH值下在0.01M HEPES溶液中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。圖12、圖13和圖14為溶液中基于歸一化發(fā)射比率I₅₆₅/I₅₂₅的pH滴定圖，基于I₆₅₀/I₅₁₃比率的相關(guān)pH滴定圖和不同pH的有機分子修飾的多層上轉(zhuǎn)換納米顆粒(PAA-UCNPs-1)發(fā)光光譜比率關(guān)系圖。

綜上所述，一種新型的pH敏感類菁化合物和聚丙烯酸(PAA)改性的核/殼/殼β-NaGdF₄@NaYF₄：Yb，Tm@NaYF₄上轉(zhuǎn)換納米顆粒成為基于發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移的近紅外比率發(fā)光pH納米傳感器。該納米顆粒在pH從6.8至8.8發(fā)光表現(xiàn)出比率變化。該傳感器具有pH傳感的可逆性、很好的光和熱穩(wěn)定性、抗干擾性，適用于pH近紅外比率的生物發(fā)光成像。