功能化稀土长余辉纳米复合材料的制备方法及其潜指纹成像应用

1.功能化稀土长余辉纳米复合材料的制备方法，其特征在于：通过正硅酸乙酯水解在铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料表面包覆二氧化硅层，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷使其氨基化，利用戊二醛将亲和素连接到氨基化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料表面，制备成亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料；
所述复合材料的制备方法的具体步骤为：
1）将铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料在3000rpm离心取上清液，真空干燥后研磨，取
1.6mg铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料分散在无水乙醇中超声混匀，加入222μL乙醇、247μL去离子水和6.7μL正硅酸乙酯的混合溶液，超声5min，加入25μL浓度为28% 30%的氨水，超声~
30min，1200rpm磁力搅拌7.5h；离心后用乙醇洗涤3次，36℃真空干燥，制成二氧化硅包覆的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料；
2）将步骤1）中所制备的材料分散在2mLN,N-二甲基甲酰胺中超声混匀，加入20μL3-氨丙基三乙氧基硅烷，1300rpm磁力搅拌5h，用N,N-二甲基甲酰胺、乙醇分别洗涤3次，36℃真空干燥，制成氨基化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料；
3）将步骤2）中所制备的材料分散在含有5%戊二醛的pH7.4的磷酸盐缓冲溶液中，
900rpm磁力搅拌1h，用pH7.4的磷酸盐缓冲溶液离心洗涤3次，沉淀分散于1mL磷酸盐缓冲溶液中，加入400μL1mg/mL的亲和素，4℃反应12h，制成亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料。
2.功能化稀土长余辉纳米复合材料的潜指纹成像应用，其特征在于：在玻璃片上采集指纹，指纹脊线上含有溶菌酶，利用抗原/抗体的特异性识别作用，将兔抗溶菌酶多克隆抗体修饰到指纹上；通过兔抗溶菌酶多克隆抗体对驴抗兔IgG的特异性结合，将生物素标记的驴抗兔IgG连接到指纹表面；进而利用生物素与亲和素作用，将权利要求1所制备的亲和素功能化铝酸锶稀土长余辉纳米复合材料结合到指纹上；光照后并移除光源后，用相机采集指纹图谱，即可实现潜指纹成像。

功能化稀土长余辉纳米复合材料的制备方法及其潜指纹成像\n应用\n技术领域\n[0001] 本发明公开了一种功能化稀土长余辉纳米复合材料的制备方法及其在潜指纹成像中的应用，属于生物分析和指纹检测技术领域。\n背景技术\n[0002] 潜指纹是经身体自然分泌物如汗液转移形成的指纹纹路，目视不易发现，是案发现场中最常见的指纹。据我国各地不完全统计，警方侦破的刑事案件中，利用指纹破案占七成以上，并且比例正在逐年上升。通常情况下，指纹是犯罪分子在现场留下的最直接物证，所以，研究潜在指纹的显现技术，是提高指纹物证的采取率和利用率的重要环节。\n[0003] 现代指纹学的发展已经具有上百年的历史，按照显现原理的不同，传统的潜在指纹显现方法主要分为三类：光学显现法、化学显现法、物理吸附法。其基本原理是使用一种光线或物质作用于指纹印痕的汗液物质，使不能看见的潜在指纹变为可见的。发展至今，指纹检测不仅在法医鉴定、个体识别方面起着重要作用，同时广泛应用于日常生活中的安全检验、访问控制、个人认证等领域。近年来随着分析科学的发展，人们对指纹的研究已不仅仅停留在利用传统物理或化学手段对其形貌进行观察，同时更加致力于发展各种新兴技术（如质谱成像、红外拉曼成像、扫描电化学显微镜以及荧光免疫成像等），对指纹中的成分进行分析检测，从而发掘出更多有价值的生物学和医学信息。如，恐怖分子是否接触过爆炸物、一个人是否有吸烟习惯等等，科学家可以通过指纹检测获取相关信息。尽管指纹显现技术在刑侦及分析科学中发挥着重大作用，但指纹显现领域仍然存在诸多困难。如，传统方法中，大多要引用一种外源物质对潜在指纹进行显现，处理过程较繁琐，且对样本有破坏性。\n目前广泛使用的烟熏法和刷粉法中采用的小粒度粉末对技术人员存在一定的身体损伤。而新兴的指纹技术如质谱成像法和红外拉曼成像法，则需用到昂贵的大型仪器和专业的操作知识，不利于普及。\n[0004] 稀土离子掺杂的长余辉发光材料具有光稳定性好、较宽的激发光谱与较窄的发射光谱、激发光谱与发射光谱分离、以及可调谐发射光谱波长等光学特征，克服了有机荧光粉易被光漂白、发射光谱较宽等诸多缺陷，尤其是其超长余辉特性受到人们的广泛关注。稀土离子掺杂的长余辉发光材料具有长余辉特性，可以吸收并储存光能，且在移除光源后仍可长时间发光，本发明制备了功能化稀土长余辉发光材料，并将稀土长余辉发光材料的长余辉特性与免疫技术相结合，应用于常见非渗透性客体和复杂背景客体上的潜指纹成像，对于实现潜指纹成像、有效消除背景干扰等具有重要意义。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种功能化稀土长余辉纳米复合材料的制备方法，利用生物素与亲和素之间的作用，将亲和素化的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料结合到生物素化抗体修饰的潜指纹表面，该指纹经光照并移除光源后，仍可保持发光而实现潜指纹成像，它具有快速、简单、无背景干扰的特点。\n[0006] 本发明是这样实现的，先通过正硅酸乙酯水解在铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料表面包覆二氧化硅层，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷使其表面氨基化，然后利用戊二醛将亲和素连接到氨基化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料表面，制备亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料；利用生物素与亲和素之间的识别作用，将亲和素化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料结合到标记了生物素化抗体的潜指纹表面，利用铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的长余辉特性，指纹经光照并移除光源后，仍可保持发光，从而实现了快速、简单、无背景干扰的潜指纹成像。\n[0007] 本发明采用以下技术方案：\n[0008] （1）生物素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料的制备：\n[0009] 1）将铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料在3000 rpm离心取上清液，真空干燥后研磨，取1.6 mg铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料分散在无水乙醇中超声混匀，加入222 μL乙醇、247μL去离子水、6.7 μL正硅酸乙酯的混合溶液，超声5 min，加入25 μL氨水（28% 30%），~\n超声30 min，1200 rpm磁力搅拌7.5 h。离心后用乙醇洗涤3次，36 °C真空干燥，制成二氧化硅包覆的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。\n[0010] 2）将步骤1）中所制备的材料分散在2 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中超声混匀，加入20 μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，1300 rpm磁力搅拌5 h，用DMF、乙醇分别洗涤3次，36  °C真空干燥，制成氨基化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。\n[0011] 3）将步骤2）中所制备的材料分散在含有5%戊二醛的pH 7.4的磷酸盐（PBS）缓冲溶液中，900 rpm磁力搅拌1 h，用pH 7.4的PBS缓冲溶液离心洗涤3次，沉淀分散于1 mL PBS缓冲溶液中，加入400 μL 1mg/mL的亲和素，4  °C反应12 h，制成亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料。\n[0012] （2）生物素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料的潜指纹成像应用：在玻璃片上采集指纹，指纹脊线上含有溶菌酶，利用抗原/抗体的特异性识别作用，将兔抗溶菌酶多克隆抗体修饰到指纹上；通过兔抗溶菌酶多克隆抗体对驴抗兔IgG的特异性结合，将生物素标记的驴抗兔IgG连接到指纹表面；进而利用生物素与亲和素作用，将亲和素功能化铝酸锶稀土长余辉纳米复合材料结合到指纹表面。光照后移除光源，用相机采集指纹图谱，实现潜指纹成像。\n[0013] 本发明的技术效果是：将亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料修饰到标记有生物素化抗体的潜指纹表面，利用铝酸锶稀土掺杂长余辉材料的长余辉特性，经光照并移除光源后，铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料仍保持发光，从而实现潜指纹成像。本发明的方法具有快速、简单、无背景干扰等特点。\n附图说明\n[0014] 图1是(a)功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉材料制备以及(b)潜指纹修饰和成像示意图。\n[0015] 图2是铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的(a)荧光激发光谱图和(b)荧光发射光谱图。\n[0016] 图3是铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的余辉衰减曲线。\n[0017] 图4是傅里叶变换红外光谱图：(a)铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料，(b)铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料包覆二氧化硅，(c)为(b)进一步氨基化后的材料。\n[0018] 图5是潜指纹图谱：(a)指纹，(b)指纹/一抗/生物素化二抗，(c)指纹/一抗/生物素化二抗/亲和素化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。\n[0019] 图6是以在紫外灯下有荧光的防水纸为基底按上述方法所得的潜指纹图片比较：\n(a)在紫外灯照射下(b)关掉紫外灯后。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，本发明并不限于此；\n[0021] 实施例1\n[0022] 按图1中示意图(a)所示制备生物素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料：\n[0023] （1）将铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料在3000 rpm离心取上清液，真空干燥后研磨，取1.6 mg铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料分散在无水乙醇中超声混匀，加入222 μL乙醇、247μL去离子水、6.7 μL正硅酸乙酯的混合溶液，超声5 min，加入25 μL氨水（28% 30%），~\n超声30 min，1200 rpm磁力搅拌7.5 h。离心后用乙醇洗涤3次，36 °C真空干燥，制成二氧化硅包覆的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。\n[0024] （2）将步骤（1）中所制备的材料分散在2 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中超声混匀，加入20 μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，1300 rpm磁力搅拌5 h，用DMF、乙醇分别洗涤3次，36 °C真空干燥，制成氨基化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。\n[0025] （3）将步骤（2）中所制备的材料分散在含有5%戊二醛的pH 7.4的磷酸盐（PBS）缓冲溶液中，900 rpm磁力搅拌1 h，用pH 7.4的PBS缓冲溶液离心洗涤3次，沉淀分散于1 mL PBS缓冲溶液中，加入400 μL 1mg/mL的亲和素，4 °C反应12 h，制成亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料。\n[0026] 图2是铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的(a)激发光谱图和(b)荧光发射光谱图。\n由图可见，该材料有良好的发光性能，最佳激发波长约360 nm，最佳发射波长约530 nm，且激发波长范围广，甚至可拓展到可见光区，表明不仅紫外灯可以激发且可见光也可以实现激发，这样的简单和实用性使具有良好的应用前景。\n[0027] 图3是铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的余辉衰减曲线。在经光照并移除光源一段时间后，光强仍可辨别，具有良好的实用性。由于铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料可用日光激发且有良好的长余辉特性，很多有内源荧光的物质不会造成干扰，可见，此材料用于潜指纹成像无背景干扰。\n[0028] 采用傅里叶变换红外光谱对二氧化硅和3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料的过程进行表征，结果如图4所示。其中，(a)为铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料，(b)为二氧化硅包覆铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料，(c)为包覆二氧化硅后再经3-氨丙基三乙氧基硅烷氨基化的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料。与铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料相比，包覆了二氧化硅后的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料在1165 cm-1和-1\n845 cm 处分别出现了Si-O-Si非对称伸缩振动和Si-O-Si对称伸缩振动，表明在铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料表面成功包覆了二氧化硅。包覆了二氧化硅后的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料再经3-氨丙基三乙氧基硅烷氨基化，在2980 2900 cm-1处出现的新吸收峰对~\n应于3-氨丙基三乙氧基硅烷的烷烃-CH2、C-H伸缩振动峰，表明3-氨丙基三乙氧基硅烷成功修饰到了二氧化硅包覆铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料表面，为通过戊二醛进一步连接亲和素提供了丰富的氨基。\n[0029] 实施例2\n[0030] 生物素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料的潜指纹成像应用：在玻璃片上采集指纹，将100 μL一定浓度的兔抗溶菌酶多克隆抗体滴加在潜指纹上，室温孵育30 min，通过抗原/抗体的特异性识别作用，兔抗溶菌酶多克隆抗体与指纹脊线上的溶菌酶结合，将孵育后的指纹样本浸于pH 7.4的PBS缓冲溶液中轻轻摇晃清洗两次，除去非特异性结合的抗体，氩气吹干。滴加一定浓度的生物素标记的驴抗兔IgG 100 μL在指纹表面，孵育30 min，通过兔抗溶菌酶多克隆抗体对驴抗兔IgG的特异性结合，将生物素标记的驴抗兔IgG连接到指纹表面，用PBS清洗，氩气吹干。将100 μL一定浓度的亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料滴加在指纹表面，室温下使生物素亲和素反应30 min，生物素与亲和素之间的识别作用使得亲和素功能化铝酸锶稀土长余辉纳米复合材料结合到指纹表面，用PBS洗去多余粒子，用氩气吹干。光照5 min后移除光源，在黑暗环境下用相机采集指纹图谱，从而实现潜指纹成像，结果如图5所示。由图5的潜指纹成像比较图可见，单纯指纹和指纹/抗体无法实现潜指纹成像，只有通过生物素-亲和素作用将亲和素化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米材料结合到指纹表面时才能获得清晰的潜指纹图像。\n[0031] 为了进一步体现亲和素功能化铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料在潜指纹成像中应用的优势，我们以有荧光背景的防水纸为基底，按照上述方法进行潜指纹成像，由图\n6可见，在紫外灯照射下，防水纸的荧光背景很强，无法分辨修饰在潜指纹上的铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料，所以不能实现潜指纹成像。但是，当移除紫外灯后，在黑暗环境中，防水纸无荧光，而铝酸锶稀土掺杂长余辉纳米复合材料的发光则可见，从而获得了清晰的潜指纹图像。可见，本发明方法可以很好地消除背景荧光，实现无背景干扰的潜指纹成像，具有良好的应用潜力。