具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法

摘要

一种具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法，先采用溶剂热法制备以氟化物为基质通过掺杂三价稀土离子得到的稀土上转换发光纳米晶，采用表面修饰方法赋予其优异的水溶性和生物相容性，在稀土上转换发光纳米晶的表面修饰上介孔二氧化硅层，对硫氢根离子具有响应性的有机小分子探针由吲哚衍生物的季氨盐与4-（二甲氨基）苯甲醛经朗文格反应缩合而成，通过物理吸附的方法，将有机小分子探针吸附到稀土上转换发光纳米材料表面的二氧化硅介孔里面，有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料尺寸可控，粒径均一，生物相容性好，体系具有很好的介孔结构和生物相溶性，可以高容量的负载客体分子，可用于溶液和活细胞内硫氢根离子的检测。

权利要求

1.一种具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感-材料包括稀土上转换发光纳米晶和包覆在稀土上转换发光纳米晶层表面并吸附有HS荧光探针材料的介孔二氧化硅层。

2.根据权利要求1所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米晶中的元素为稀土元素，其元素为镱、钇、铥、铒、钬、钕、镥中的任意两种或多种的的组合。

3.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米晶的直径为25-35nm。

4.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感材料表面是通过介孔二氧化硅包覆，其包覆层厚度为28-30nm。

5.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特-征在于，所述的用于吸附HS荧光探针材料的介孔二氧化硅层的介孔直径在2.3～3nm,比

2 -1 3 -1

表面积为513.129302m·g ，孔容为0.991111cm·g 。

6.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于,所述介孔二氧化硅层孔道结构通过静电相互作用吸附纳米传感材料中含有的有机荧光染料。

7.权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感荧光探针-制备路线，其特征在于，所述的HS荧光探针的制备方法为首先通过亲核取代反应合成吲哚衍生物的季铵盐，然后通过朗文格缩合反应获得，具体制备路线如下：具体包括以下步骤：

1)第一步亲核取代反应(i)以乙腈为溶剂，加入[2、2、3]-三甲基-3H-吲哚和碘甲烷在氮气保护条件下70℃反应12小时；

2)第二步朗文格缩合反应(ii)以乙醇为溶剂，加入季铵化后产物和4-(二甲氨基)-苯甲醛以氢氧化钠为催化剂，氮气保护条件下78℃反应12小时。

8.权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的应用，其特征在于，该纳米传感材料在化学、生物检测和成像中的应用。

9.一种如权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1.制备稀土上转换发光纳米晶，并在所述稀土上转换发光纳米晶包覆一层油酸配体；

具体如下：加入三氯化钇、三氯化镱、三氯化铒、三氯化铥、油酸、十八烯，150℃加热搅拌至溶液澄清，加入含有氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液反应，得到表面包覆油酸配体的稀土上转换发光纳米晶；

S2.通过有机硅烷在步骤S1中所制备的所述稀土上转换发光纳米晶上的水解，制备包覆介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶；

具体如下：将以上制备的纳米粒子分散在环己烷中，制备成稀土上转换发光纳米粒子环己烷溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水加入到单口瓶中，50℃加热搅拌30分钟，逐滴加入上述分散有稀土上转换发光纳米粒子的环己烷溶液得包覆介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶；

S3.通过有机荧光染料小分子与所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶的静电相互作用，在所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶表面的孔道中吸附有-机小分子，制得所述具有上转换发光性质的HS纳米传感材料；

具体如下：取充分干燥的有机染料、乙醇、纳米粒子的乙醇溶液于单口瓶中，密封反应体系，在25℃搅拌24小时，用乙醇和水交替离心洗涤除去未反应完全的有机染料和溶剂中的杂质离子，将所得纳米粒子分散在磷酸盐缓冲溶液中，即可得到有机无机杂化的稀土上转换发光纳米粒子。

10.根据权利要求9所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述制备稀土上转换发光纳米晶是通过溶剂热法制备。

说明书

具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备

方法

技术领域：

[0001] 本发明属于发光纳米材料技术领域。具体涉及一类有机荧光染料偶联的无机稀土上转换发光纳米粒子的制备及其在生物检测和生物成像中的应用。
背景技术：

[0002] 硫化氢因为具有刺激性的臭鸡蛋气味被人们认定为有毒气体，经研究发现它也是生物体代谢过程的产物之一，并且硫化氢与很多病理学、生理学过程有密切的关系。虽然高浓度的硫化氢对生物体有很大的危害，但是除了一氧化氮，一氧化碳以外、氮气以外，硫化氢被认为是第三种重要的调节心血管、神经、免疫系统的气体递质。此外，硫化氢在维持机体氧化还原平衡中也起着至关重要的作用。所以研究硫化氢的具体生理机制具有重要的科
学价值。

[0003] 鉴于硫化氢具有重要的生理病理作用，准确检测生物体内硫化氢的含量非常重要。目前报道的检测硫化氢的方法有：比色法（Commun.2009,7390-7392）、电化学分析法（Electroanalysis.2000,18,1453-1460）等。但是这些方法主要用于血浆和组织匀浆中硫化氢含量的检测，检测前处理样品麻烦，而且这些方法无法用于检测硫化氢在活细胞中的
含量以及分布。研究发现，荧光分析法具有检测灵敏度高，而且操作简单，还可以实现原位实时观测。因此设计合成检测硫化氢的荧光探针具有很重要的研究意义。

[0004] 近两年来人们成功合成了不同类型的检测硫化氢的荧光探针，2011年，ChuanHe等人设计合成了两种检测硫化氢的探针SFP-1和SFP-2。利用硫化氢与探针中的
醛基先发生加成反应生成SH,再利用SH与烯烃发生迈克尔加成反应，形成强荧光产物
（Nat.Commun.2011,2,1506/1-1506/7）。这两种探针可以用于宫颈癌细胞中硫化氢的检
测。2012年，林伟英课题组利用硫化氢的还原性设计合成了一种近红外荧光探针（Chem.
Commun.2012,48,10529-10531）。该探针成功的应用到了MCF-7细胞中硫化氢的检测。

[0005] 但是目前报道的荧光探针中，大多数都是以单光子检测为主，激发波长比较短，限制了探针在组织和活体中的应用。双光子探针的激发波长较长，减少了对生物组织的损伤，而且有很好的组织穿透性。2012年报道了一种检测硫化氢的双光子荧光探针FS1(Chem.Commun.2012,48,8395-8397)。也成功应用到了宫颈癌细胞中硫化氢的检测。

[0006] 目前设计合成的检测硫化氢的荧光探针的发射波长都集中在500-650nm,在活体中硫化氢的检测，虽然报道合成了近红外荧光探针，但探针自身存在的缺陷，还没有实现在活体中检测硫化氢。因此随着纳米技术的飞速发展，设计合成新型的硫氢根离子纳米探针
可解决在生物医学中的难题。

[0007] 在一系列新型的纳米发光探针中，相对于有机染料，稀土元素原子结构特殊，内层4f轨道未成对电子多、原子磁矩高、电子能级特别丰富，几乎可以与所有元素发生反应，形成多价态、多配位数的化合物，具有许多优异的光、电、磁、核等特性，被称为“现代工业的维生素”。稀土上转换发光材料作为新一代生物发光标记拥有许多优点，例如发光谱带窄、色纯度高、色彩鲜艳、转换效率高，发射光谱分布范围广，覆盖紫外到红外的光谱范围，荧光寿命能从纳秒跨越到毫秒级，磷光最长达十多个小时；而且稀土上转换发光材料的物理化学
性能稳定，另外，以近红外激光作为其激发源具有光穿透深度大、对生物组织无损伤、无生物背景荧光干扰、激光器造价低、易于普及等优点；这些优势使稀土上转换发光材料拥有巨大的生物应用前景。

[0008] 但是，尽管稀土上转换发光纳米材料的研究取得了很多的成果，但是他们在生命科学研究中的应用却很少，主要原因是很难制备出粒径小且具有较好水溶性和生物相容性
的纳米材料。

发明内容

[0009] 技术问题：本发明的目的为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有好好的生物相容性具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法。

[0010] 技术方案：本发明所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，包括稀土上转换发光纳米晶和包覆在稀土上转换发光纳米晶层表面并吸附有硫氢根离子荧光
探针材料的介孔二氧化硅层。

[0011] 所述稀土上转换发光纳米晶包括镱、钇、铥、铒、钬、钕、镥中的任意两种或多种的的组合。

[0012] 所述稀土上转换发光纳米晶直径为25-35nm。

[0013] 所述具有上转换发光性质硫氢根离子纳米传感材料表面通过介孔二氧化硅包覆以后整个包覆层厚度为28-30nm。

[0014] 所述具有上转换发光性质HS-纳米传感材料，用于吸附硫氢根离子荧光探针材2 -1
料的介孔二氧化硅层的介孔直径在2.3～3nm,比表面积为513.129302m·g ，孔容为
3 -1
0.991111cm·g 。

[0015] 所述介孔二氧化硅层孔道结构通过静电相互作用吸附纳米传感材料中含有的有机荧光燃料。

[0016] 所述具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感材料中含有的硫氢根离子荧光探针材料的有机荧光染料制备方法为首先通过亲核取代
反应合成吲哚衍生物的季铵盐，然后通过朗文格缩合反应获得制备有机荧光染料。具体制
备路线如下：

[0017]

[0018] 具体包括以下步骤：

[0019] 1）第一步亲核取代反应(i)以乙腈为溶剂，加入[2、2、3]-三甲基-3H-吲哚和碘甲烷在氮气保护条件下70℃反应12小时。

[0020] 2）第二步朗文格缩合反应（ii）以乙醇为溶剂，加入季铵化后产物和4-（二甲氨基）-苯甲醛以氢氧化钠为催化剂，氮气保护条件下78℃反应12小时。

[0021] 所述具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料在化学、生物检测和成像中的应用。

[0022] 本发明具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的制备方法包括如下步骤：

[0023] S1.制备稀土上转换发光纳米晶，并在所述稀土上转换发光纳米晶包覆一层油酸配体；

[0024] S2.通过有机硅烷在步骤S1中所制备的所述稀土上转换发光纳米晶上的水解，制备包覆介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶；

[0025] S3.通过有机荧光染料小分子与所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶的静电相互作用，在所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶表面的孔道中吸
附有机小分子，制得所述具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料。

[0026] 步骤S1中所述稀土上转换发光纳米晶通过溶剂热法制备。

[0027] 有益效果：本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：所制备的纳米材料粒径小而且均一、水溶性好，可应用于生物检测和生物成像。并且对硫氢根离子具有特异性响应的效果，可用于水溶液中和细胞中硫氢根离子的检测。

附图说明

[0028] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

[0029] 图1是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料的制备示意图。

[0030] 图2是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料对硫氢根离子响应的紫外-可见吸收光谱图。

[0031] 图3是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料对硫氢根离子响应的上转换发射光谱图。

[0032] 图4是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料和所述稀土上转换发光纳米晶的傅里叶红外光谱图。

[0033] 图5是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料和所述稀土上转换发光纳米晶的透射电镜照片。

[0034] 图6是本发明提供的一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料对不同钠盐响应的紫外-可见吸收光谱图。

[0035] 图7是本发明提供的表面包覆有介孔二氧化硅层的稀土上转换发光纳米晶的小角XRD图。

[0036] 图8是本发明提供的表面包覆有介孔二氧化硅层的稀土上转换发光纳米晶的氮气吸附脱附曲线。

[0037] 图9是本发明提供的表面包覆有介孔二氧化硅层的稀土上转换发光纳米晶的BJH孔径分布曲线。

[0038] 图10是本发明提供的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的细胞成像实验图。

[0039] 图11是本发明提供的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料细胞毒性实验图。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细说明。

[0041] 下述实施例中所述（稀土氧化物、油酸、十八烯、正乙氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、2、2、3-三甲基-3H-吲哚、碘甲烷、4-（二甲氨基）苯甲醛）均为市售，使用前未经任何处理。

[0042] 本实施例提供一种有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料，包括稀土上转换发光纳米晶和包覆在稀土上转换发光纳米晶层表面并吸附有有机小分子荧光染料的介孔二
氧化硅层。所述稀土上转换发光纳米晶粒径为25-35nm。所述稀土上转换发光纳米晶粒由
包括镱、钇、铥、铒中的任意两种或多种的组合。具体制备路线如图1所示：

[0043] S1、将780μL三氯化钇（0.1mol/L）、1000μL三氯化镱（0.2mol/L）、200μL三氯化铒（0.1mol/L）、20μL三氯化铥（0.1mol/L）加入到100mL三口瓶中，加入6mL油酸和15mL十八烯，150℃加热搅拌至溶液澄清，加入10mL含有100毫克氢氧化钠和148毫克氟化铵的甲醇溶液，在50℃下加热搅拌半小时，后升温至100℃继续加热搅拌30分钟，在100℃下抽
真空40分钟，298℃真空加热1小时，用环己烷反复离心3次洗去溶剂和杂质粒子，即可得
到表面包覆油酸配体的稀土上转换发光纳米晶160毫克（40mg/mL）。

[0044]原料和产三氯化钇三氯化镱 三氯化铒三氯化铥 油酸 十八烯氢氧化钠 氟化铵的甲产物（克）物 醇溶液
加入量 780μL 1000μL 200μL 20μL 6mL 15mL 100mg 148mg 160mg
浓度 0.1mol/L0.2mol/L 0.1mol/L0.1mol/L 分析分析纯无 14.8mg/mL 40mg/mL
纯

[0045] S2、对稀土上转换发光纳米材料的表面包覆介孔二氧化硅的方法是首先将纳米粒子由环己烷相转入到水相，具体是将以上制备的纳米粒子（10mg）分散在环己烷中，制备成-1
2mL稀土上转换发光纳米粒子浓度为（5mg mL ）的环己烷溶液。将100mg十六烷基三甲基
溴化铵、20mL去离子水加入到50mL单口瓶中，50℃加热搅拌30分钟，逐滴加入上述分散有
稀土上转换发光纳米粒子的环己烷溶液，在45℃下加热搅拌48小时至溶液澄清透明。

[0046]

[0047] S3、对稀土上转换发光纳米材料的表面包覆介孔二氧化硅的方法是当纳米粒子完全由环己烷相转入到水相以后，取20mL去离子水、3mL乙醇、150μL氢氧化钠（0.2M）加入到
250mL单口瓶中，在50℃下加热搅拌7分钟升温至60℃，逐滴加入10mL上述澄清透明的纳
米粒子水溶液。升温至70℃，在70℃下逐滴加入80μL正硅酸乙酯，加热搅拌1小时，加入
30mL乙醇淬灭反应。用乙醇将得到溶液反复离心洗涤，除去表面活性剂十六烷基三甲基溴
化铵和杂志粒子，后分散在5mL乙醇中，为了完全除去表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，取300mg硝酸铵、50mL乙醇、5mL分散在乙醇中的纳米粒子溶液与250mL单口瓶中，45℃加
热搅拌24小时。将得到的溶液用乙醇反复离心洗涤，然后将纳米粒子分散在5mL乙醇中。

[0048]原料和产物纳米粒子的水溶液 去离子水乙醇 氢氧化钠水溶液正硅酸乙酯硝酸铵 产物
加入量 0.5mg mL-1（10mL） 20mL 3mL 0.2M 80μL 300mg 1mg mL-1

[0049] S4、利用有机染料小分子与表面包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米材料之间的静电相互作用，在纳米晶表面的介孔二氧化硅层中吸附有机染料，制得所述有机无
机杂化的稀土上转换发光纳米材料。

[0050] 具体是取充分干燥的有机染料10mg、15mL乙醇、5mg(1mg mL-1)纳米粒子的乙醇溶液与50mL单口瓶中，密封反应体系，在25℃搅拌24小时。用乙醇和水交替离心洗涤除去未反应完全的有机染料和溶剂中的杂质离子。将所得纳米粒子分散在3mL磷酸盐缓冲溶液中
（pH=7.4），即可得到有机无机杂化的稀土上转换发光纳米粒子。

[0051]原料和产物 有机荧光染料（C1）乙醇 纳米粒子乙醇溶液 磷酸盐缓冲溶液 产物（克）
加入量 10mg 15mL 5mg(1mg mL-1) 3mL 1.67mg mL-1

[0052] S5、制备硫氢根离子荧光探针材料的方法是首先合成吲哚季氨盐，具体是称取[2、2、3]-三甲基-3H-吲哚(1.6g,10mmol)和碘甲烷（1.56g,11mmol）加入到100mL两口烧
瓶中，在双排管上抽真空-充氮气-抽真空，循环三次，最后用氮气保护反应体系。将乙腈
（10mL）用注射器注入到反应体系中，搅拌，并将反应体系的温度升到70℃，反应时间24小
1
时左右。反应后加入石油醚搅拌洗出产物。产率70%。H NMR(400MHz,DMSO)：δ=7.89(d,J=
5.9,1H),7.81(d,J=5.41,1H),7.65–7.57(dd,2H),3.55-3.27(s,3H),2.74(s,3H),2.53–
2.43(s,6H).其次是通过朗文格反应制备所需有机荧光染料。

[0053] 具体是称取吲哚衍生物季氨化后产物(0.9g,3mmol),4-（二甲氨基）-苯甲醛(0.89g,6mmol),氢氧化钠（500mg）加入到两口烧瓶中，在双排管上抽真空-充氮气-抽
真空，循环三次，最后用氮气保护反应体系。将乙醇(10mL)用注射器注入到反应体系中，
搅拌，并将反应体系的温度升到78℃，反应时间24小时左右。反应后产物减压旋干，用中
1
性氧化铝柱把产物过下来。H NMR(400MHz,DMSO)：δ=8.30(d,J=15.7Hz,1H),8.07(d,J
=8.6Hz,2H),7.76(d,J=7.3Hz,1H),7.69(d,J=7.9Hz,1H),7.53(t,J=7.4Hz,1H),7.46(t
,J=7.4Hz,1H),7.25(d,J=15.8Hz,1H),6.87(d,J=9.0Hz,2H),3.95(s,3H),3.15(s,1H),
1.73(s,6H).

[0054]原料和产物[2、2、3]-三甲基-3H-吲哚碘甲烷 乙腈 季铵化后产物 4-（二甲氨基）-苯甲醛 氢氧化钠 乙醇 产物加入量 1.6g 1.56g 10mL 0.9g 0.89g 500mg 10mL 20mg

[0055] 为了更好地理解本实施例提供的有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料的性能，通过以下测试进行表征，紫外-可见吸收光谱测试使用Shimadzu UV-3600UV-VIS-NIR
型紫外分光光度计；上转换发射光谱使用Shimadzu RF-5301PC光谱仪；结构表征使用
IRPrestige-21傅里叶变换红外光谱仪；形貌表征使用JEOL JEM-2100(200kV)透射电子显
微镜。

[0056] 1、光谱测试

[0057] 吸附有硫氢根离子荧光探针材料的稀土上转换发光纳米粒子对硫氢根离子响应的紫外-可见吸收光谱测试：取2mL分散有有机无机杂化稀土上转换发光纳米粒子的PBS
-5
缓冲溶液（有机荧光染料浓度为0.915*10 M）与比色皿中，逐渐加入硫氢根离子测得紫
外-可见吸收光谱滴定图，如图2。

[0058] 吸附有硫氢根离子荧光探针材料的稀土上转换发光纳米粒子对硫氢根离子响应的荧光发射光谱测试：取2mL分散有有机无机杂化稀土上转换发光纳米粒子的PBS缓冲溶
-5
液（有机荧光染料浓度为0.915*10 M）与比色皿中，逐渐加入硫氢根离子NaHS溶解于PBS
中)测得荧光发射滴定光谱图，如图3。

[0059] 吸附有硫氢根离子荧光探针材料的稀土上转换发光纳米粒子对不同阴离子响应紫外-可见吸收光谱测试：取2mL分散有有机无机杂化稀土上转换发光纳米粒子的PBS缓
-5 2- -
冲溶液（硫氢根离子荧光探针材料浓度为0.915*10 M）与比色皿中，分别加入SO4 、NO3、- - - -
NO2、Cl、F、Br、硫氢根离子(对应的钠盐溶解于PBS中）测得的紫外-可见吸收光谱图，
如图6。

[0060] 硫氢根离子荧光探针材料C1对HS-有响应性，在PBS缓冲溶液中，有机荧光染料的最大吸收峰在458nm,随着硫氢根离子的加入，C1在458nm处的吸收峰会逐渐变弱，即硫氢
根离子对C1的吸收光谱有淬灭的作用，同时伴随着溶液颜色的变化（红色到无色）。而对于
3+ 3+ 3+
Er ,Tm 共掺的稀土上转换发光纳米材料在980nm激发光源的激发下在543nm处有Er 的
绿光发射，基于此，可以在有机荧光染料C1和稀土上转换发光纳米材料之间构建一个荧光
共振能量传递体系，其中稀土上转换发光纳米材料作为能量的给体，而有机荧光染料作为
能量的受体。从光谱数据来分析，在没有硫氢根离子加入的时候，在近红外光激发光源的激发下可以实现能量从稀土上转换发光纳米材料到有机荧光染料的传递，能量传递效率高，
稀土上转换发光纳米材料在548nm的发射峰变弱；在加入硫氢根离子时，C1(有机荧光染
料)在548nm处的吸收峰变弱，能量传递效率变低，稀土上转换发光纳米材料在548nm处的
发射峰变强。因此可以实现稀土上转换发光纳米材料在活细胞内检测硫氢根离子的应用。

[0061] 2、结构表征和形貌测试

[0062] 有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料和有机荧光染料的红外光谱测试：具体步骤首先是纯KBr压片，先进行背景扫描，然后将样品与KBr按照质量比为1:200进行研
磨，然后压片，测样，如图4示，有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料和稀土上转换发-1
光纳米晶在1097cm 处的吸收峰归属于Si-O键的特征吸收带，有机无机杂化的稀土上转换
-1 -1 -1
发光纳米材料在1478cm 、1527cm 、1572cm 处的吸收峰归属于有机荧光染料分子中苯环
-1 -1
上的碳碳双键的伸缩振动峰，2853cm 、2928cm 处的吸收峰归属于有机荧光染料分子中碳
氢键的伸缩振动峰。

[0063] 有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料和稀土上转换发光纳米晶的形貌测试：具体步骤是分别制备样品浓度为1mg/mL，取20μL左右滴在铜网上，待干燥后进行形貌测
试，如图5所示，稀土上转换发光纳米晶的TEM照片显示其粒径大小为35nm左右，表面包覆
介孔二氧化硅以后的粒径大小为93nm左右，其中硅层厚度为29nm左右，吸附完硫氢根离子
荧光探针材料C1以后复合纳米粒子的粒径大小没多大改变，从TEM照片显示结果可以看出
本发明所提供的稀土上转换发光纳米材料和包覆有介孔二氧化硅层稀土上转换发光纳米
晶的分散性和均一性良好。

[0064] 3、稀土上转换发光纳米晶表面包覆介孔二氧化硅以后的微观结构以及氮气吸附/脱附等温线和孔径结构

[0065] 图7为稀土上转换发光纳米晶表面包覆介孔二氧化硅以后纳米颗粒的小角XRD谱图，可以看出材料在2θ=1°～10°范围内存在一个强的特征衍射峰，这表明在稀土上
转换发光纳米晶表面成功包覆了介孔二氧化硅纳米材料；在2θ=4°左右有一个弱的衍射
峰，说明该材料的孔隙率和有序性得到了较好的保持，有良好的周期性。

[0066] 图8和图9为稀土上转换发光纳米晶表面包覆介孔二氧化硅以后的N2吸附/脱附等温线及孔径分布曲线，此吸附等温线复合Langmuir IV型，表明该材料具有介孔结构，其
2 -1 3 -1
BET比表面积高达513.129302m·g ，孔容为0.991111cm·g ，平均孔径为2.7nm，孔径分
布曲线在2～4nm之间出现最高峰，说明孔径在这个范围比较集中。由此可以看出稀土上
转换发光纳米晶很好的占据了介孔二氧化硅的内部部分空间，从而使比表面积和孔容有所
下降。

[0067] 4、细胞成像实验和细胞毒性实验

[0068] 具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料在Hela细胞中的共聚焦荧光成像明场和暗场图片如图10所示，从图中可以看出，有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材
料具有很好的细胞膜穿透性，可以很容易进入Hela细胞中，染色区域主要集中在细胞质，
在980nm激发光源的照射下，从收集到的红光和绿光以及叠加以后的黄光强度对比来看，
该探针在细胞中能对硫氢根离子有很好的响应性，并达到有效的成像结果。

[0069] 具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的细胞毒性数据，如图11所示，分别用0μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、150μg/mL、200μg/mL的纳米传感材料溶液培养细胞24小时，然后计算细胞存活率。从图中可以看出不同浓度纳米粒子的毒性略有差别，但
是总体的趋势是，随着纳米传感材料浓度的增加细胞活性逐渐下降，但是当纳米传感材料
浓度为200μg/mL时，细胞的活性仍能够达到74%以上，因此，具有上转换发光性质的硫氢
根离子纳米传感材料的细胞毒性还是比较小的。由此可以看出该纳米传感材料的水溶性和
生物相容性都比较好，并且可以对硫氢根离子特异性响应。