一种制备高荧光效率谷胱甘肽封装铁基异质结的方法 [0002]纳米复合颗粒可以快速响应温度、磁场、光等外界刺激，这可应用于生物医学领域，例如超顺磁性氧化铁纳米颗粒的成像造影剂已经被广泛地应用在磁共振成像、靶向给药和磁热疗等。为了满足临床要求，成像造影剂的表面必须被官能为了同时应对外部温度和光刺激和改善的化学稳定性。目前，磁性和发光材料结合已成为细胞标记研究的热点课题。它们可以通过利用非侵入性的磁共振成像识别手术期间恶性组织和高分辨率荧光成像，以确定肿瘤边缘与详细的亚细胞信息，以提高手术治疗癌症的方法。各种已合并磁性纳米颗粒，以产生双官能纳米粒。最近，已经报道了双重刺激响应复合诸如pH和温度响应的发光探针如量子点和有机染料，研究较广的材料多为谷胱甘肽(GSH)封装碲化镉、谷胱甘肽(GSH)封装硫化锌等荧光量子点，但很少有多功能纳米粒子(荧光、磁性和光敏)的报道。 [0003]在众多待选荧光材料中，四氧化三铁以价格低廉、生物毒性低、易于合成、强磁性等优势吸引了研究者的目光，但单一四氧化三铁纳米颗粒与表面生物小分子作用时容易出现二重态简并转入三重态的电子输运方式，即荧光淬灭。为了解决四氧化三铁纳米颗粒的荧光淬灭问题，多种过渡金属和有机物已用于异质结的电传导性修饰。然而，传统的物理或化学方法都难以避免因高温退火产生无机材料表面缺陷和有机材料分子老化。此外，采用η型赤铁矿外壳包覆P型铁素体内核容易造成异质结内有效电子传递方向的转变，降低纳米包覆体的磁性和颗粒表面捕获有效电子和空穴的速率。因此，采用希瓦氏奥奈达湖MR-1(革兰氏阴性、兼性厌氧菌)在室温调价下开发了七种单一过渡金属修饰赤铁矿和软磁体。这项工作的目的是调查铁基异质结对谷胱甘肽(GSH)荧光特性的影响。该方法合成的材料与现有技术相比:具有低毒性、低表面缺陷、光热磁多功能等优点。
[0004]本发明目的在于，提供一种制备高荧光效率谷胱甘肽封装铁基异质结的方法，该方法该方法分两步进行，第一步:采用腐败希瓦氏菌MR-1还原针铁矿得到纳米级铁素体，并引入七种二价过渡金属离子镁、锰、钴、镍、锌镁、锌锰和锌镍取代二价铁，得到赤铁矿-铁素体的核-壳型铁基异质结；第二步:将异质结溶入谷胱甘肽和氯化钙混合溶液中，避光静置12小时后冷冻干燥，得到谷胱甘肽封装铁基异质结。该方法获得了多种具有赤铁矿(内核)_过渡金属修饰铁素体-谷胱甘肽(双壳层)的异质结结构，可应用于磁共振成像、靶向给药和磁热疗等领域。 [0005]本发明所述的一种制备高荧光效率谷胱甘肽封装铁基异质结的方法，按下列步骤进行:
a、将过渡金属为氯化铬、氯化钴、氯化锰、氯化镍分别和六水合氯化铁混合，或复合掺杂过渡金属氯化锌-氯化镁、氯化锌-氯化锰、氯化锌-氯化镍分别和六水合氯化铁混合，然后将各混合物分别在温度85°C和pH 2的硝酸水溶液条件下回流2小时，静置，真空温度50°C干燥20小时，得到七种单一过渡金属修饰赤铁矿和软磁体，其中过渡金属离子:铁离子摩尔比1:2，复合掺杂过渡金属离子:铁离子摩尔比为0.5:0.5:2 ;
b、将30克/升腐败希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉汤培养基培养48小时，在温度5°C冷冻条件下离心出MR-1菌种，将离心的MR-1菌种和步骤a得到的七种单一过渡金属修饰赤铁矿和软磁体90毫摩尔分别加入到矿化培养基中，调节溶液pH值为6，并同时加入1，4-哌嗪二乙磺酸和蒽醌-2，6-双磺酸盐缓解细胞与FeO(OH)粉体接触，其中矿化培养基组分为(NH4) 2S04 9.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20 0.485 mM,乙二胺四乙酸铁钠 67.2 μ M, H3BO356.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η20 5.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4)2(SO4)2 5.0 μ Μ,Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4 1.26 μ Μ, ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ,精氨酸20mg/L,谷氨酸20 mg/L和丝氨酸mg/L ；
C、将步骤b的反应液厌氧密封，在温度30°C条件下避光保存45天，离心，真空温度70°C干燥48小时，获得铁基异质结；
d、将步骤c得到的铁基异质结溶于0.5-1毫摩尔/克的谷胱甘肽和氯化钙混合的水溶液，配成摩尔比铁基异质结:谷胱甘肽:氯化钙=1:1:2的混合溶液，超声振荡，静置12小时，冷冻干燥后得到谷胱甘肽封装的铁基异质结。
[0006]本发明所述的一种制备高荧光效率谷胱甘肽封装铁基异质结的方法，该方法中所涉及的腐败希瓦氏菌MR-1 (革兰氏阴性、兼性厌氧菌)为购买产品，由美国迈阿密大学、中国地质大学、西南科技大学董海良课题组提供，腐败希瓦氏菌MR-1基因组为42c型细胞色素，细胞外基质的细胞色素(胰蛋白色素A-0mcA、胰蛋白色素C-MtrC和胰蛋白色素B-MtrB)和铁氢化酶被定位在内膜和外膜的不同位置，形成“分子线”构型，提供了不溶电子受体和电子移动进出细胞的通路。
[0007]矿化培养基组分为其中矿化培养基组分为(NH4)2SO4 9.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO43.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20 0.485 mM,乙二胺四乙酸铁钠67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η20 5.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 25.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4 1.26 μ Μ, ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ,精氨酸20mg/L,谷氨酸20 mg/L和丝氨酸mg/L。




[0008]图1为本发明经过45天微生物矿化处理得到的七种铁基异质结的扫描电镜照片图；
图2为本发明经过45天微生物矿化处理得到的铬修饰铁基异质结和锌镍修饰铁基异质结的能量弥散X射线谱；
图3为本发明经过谷胱甘肽封装铁基异质结后在488纳米激光激发下得到的最终产物的倒置荧光照片图。


[0009]实施例1
a、按摩尔比为铬、钴、锰、镍:铁=1:2称取氯化铬、氯化钴、氯化锰、氯化镍和分别六水合氯化铁原料混合，然后将各混合物分别在温度85°C的pH值为2硝酸水溶液中回流，反应物即发生胶溶回流反应，溶液由无色透明变为红(铬)、黄(钴)、绿(锰)和蓝(镍)色悬浊液，2小时反应结束，静置后温度50°C真空干燥20小时，得到土黄色粉末产物，即四种单一过渡金属修饰氢氧化氧铁；
b、将30克/升腐败希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉汤培养基中培养48小时，在温度5°C冷冻条件下离心出腐败希瓦氏菌MR-1菌种，将离心的MR-1菌种和步骤a得到的四种单一过渡金属修饰氢氧化氧铁90毫摩尔分别加入到矿化培养基组分为(NH4)2SO49.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20
0.485 mM,乙二胺四乙酸铁钠 67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η205.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 2 5.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4
1.26 μ Μ，ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ，精氨酸 20mg/L，谷氨酸 20 mg/L 和丝氨酸 mg/L中，调节pH值为6，并同时加入0.2微摩尔/升1，4-哌嗪二乙磺酸和0.2微摩尔/升蒽醌-2，6-双磺酸盐缓解细胞与FeO(OH)粉体接触；
C、将步骤b的反应液厌氧密封，在温度30°C条件下避光振荡45天，反应物即发生微生物Fe3+-Fe2+还原和二价过渡金属取代Fe 2+反应，表面颜色由红褐(铬)、土黄(钴)、浅绿(锰)和浅蓝(镍)色变为土黄色悬浊液，反应结束后得到红(铬)色和土黄色粉末，真空温度70°C干燥48小时，获得四种单一过渡金属修饰铁基异质结，回收率均大于85% ；
d、利用2摩尔氯化钙将I摩尔谷胱甘肽分子两端的给电子端基固定，得到裸露琉基的谷胱甘肽溶液，溶液为无色透明状，然后将步骤c得到的过渡金属修饰铁基异质结I摩尔溶于0.5毫摩/克的谷胱甘肽和氯化钙混合的水溶液，配成摩尔比铁基异质结:谷胱甘肽:氯化钙=1:1:2的混合溶液，超声振荡，静置12小时，反应物即发生表面包覆反应，溶液颜色由澄清变为浑浊，冷冻干燥后得到谷胱甘肽封装单一过渡金属修饰铁基异质结，回收率100%，铬和镍修饰铁基异质结在488纳米光源激发下的局部出现荧光增强效应，锰和钴修饰铁基异质结在488纳米光源激发下产生荧光猝灭效应。
[0010]实施例2
a、按摩尔比为镁、锰或镍:锌:铁=0.5:0.5:2称取氯化锌-氯化镁、氯化锌-氯化锰、氯化锌-氯化镍分别和六水合氯化铁原料混合，然后将各混合物分别在温度85°C下的pH值为2硝酸水溶液中回流，反应物即发生胶溶回流反应，溶液由无色透明变为土黄色悬浊液，2小时反应结束，静置，在温度50°C真空干燥20小时，得到土黄色粉末产物，即得到三种复合掺杂过渡金属共修饰氢氧化氧铁；
b、将30克/升腐败希瓦氏菌MR-1在胰蛋白胨大豆肉汤培养基中培养48小时，在温度5°C冷冻条件下离心出腐败希瓦氏菌MR-1菌种，将离心的MR-1菌种和步骤a得到的四种单一过渡金属修饰氢氧化氧铁90毫摩尔分别加入到矿化培养基组分为(NH4)2SO49.0mM, K2HPO4 5.7 mM, KH2PO4 3.3 mM, NaHCO3 2.0 mM, MgSO4.7H20 1.01 mM, CaCl2.2H20
0.485 mM,乙二胺四乙酸铁钠 67.2 μ M, H3BO3 56.6 μ Μ, NaCl 10.0 μ M, FeSO4.7Η205.4 μ Μ, CoSO4 5.0 μ Μ, Ni (NH4) 2 (SO4) 2 5.0 μ Μ, Na2MoO4 3.87 μ Μ, Na2SeO4 1.5 μ Μ, MnSO4
1.26 μ Μ，ZnSO4 1.04 μ Μ, CuSO40.2 μ Μ，精氨酸 20mg/L，谷氨酸 20 mg/L 和丝氨酸 mg/L中，调节pH值为6，并同时加入0.2微摩尔/升1，4-哌嗪二乙磺酸和0.2微摩尔/升蒽醌-2，6-双磺酸盐缓解细胞与FeO(OH)粉体接触；
C、将步骤b的反应液调节pH值为6，厌氧密封，在温度30°C条件下避光振荡45天，反应物即发生微生物Fe3+-Fe2+还原和过渡金属共取代Fe 2+反应，表面颜色由土黄色粉末变为浅黄色悬浊液，反应结束后得到土黄色粉末，真空温度70°C干燥48小时，获得三种复合掺杂过渡金属共修饰铁基异质结，回收率均大于90.5% ；
d、利用2摩尔的氯化钙将I摩尔的谷胱甘肽分子两端的给电子端基固定，得到裸露琉基的谷胱甘肽溶液，溶液为无色透明状，然后将I摩尔的过渡金属修饰铁基异质结溶于I摩尔的氯化钙-谷胱甘肽溶液，超声振荡，静置12小时，反应物即发生表面包覆反应，溶液颜色由澄清变为浑浊，冷冻干燥后得到谷胱甘肽封装过渡金属共修饰铁基异质结，回收率100%,所得到的最终产物在488纳米光源激发下的均出现荧光增强效应，且荧光范围高于单一过渡金属修饰铁基异质结。
[0011]本发明所述的一种制备高荧光效率谷胱甘肽封装铁基异质结的方法，从图1中可以看出产物为大量200纳米以下的反应物包裹颗粒，这说明过渡金属均能降低铁基异质结的表面团聚，提高粉体的分散性。此外，通过不同颗粒形貌判断出产物由两相结构组成；从图2中可以看出最终产物中包含一定浓度的过渡金属离子，且结合扫描电镜照片判断过渡金属离子已进入到晶格结构当中；从图3中可以看出由于钴或锰离子的电子轨道与铁离子较为接近，有效电子和空穴的复合几率较高，因此，谷胱甘肽(GSH)封装这两种铁基异质结时表面的给电子基团-吸电子基团的有效电子-空穴被异质结湮灭，产生了荧光猝灭。通过改善过渡金属离子和铁离子的电子轨道差，以便产生有效电子的多个梯度的跃迁能级，本发明制得铬和镍离子单独修饰或锌镁和锌镍共同修饰铁素体，其可明显增强铁基异质结的荧光强度。