CN1612922A - 含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针 - Google Patents

含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针 Download PDF

Info

Publication number
CN1612922A
CN1612922A CNA038019612A CN03801961A CN1612922A CN 1612922 A CN1612922 A CN 1612922A CN A038019612 A CNA038019612 A CN A038019612A CN 03801961 A CN03801961 A CN 03801961A CN 1612922 A CN1612922 A CN 1612922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rare earth
earth element
particulate
mentioned
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038019612A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100357391C (zh
Inventor
松浦大辅
服部秀志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Publication of CN1612922A publication Critical patent/CN1612922A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100357391C publication Critical patent/CN100357391C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346—Nanoparticles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00—Compounds of rare earth metals
    • C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
    • C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
    • C01F17/218—Yttrium oxides or hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00—Compounds of rare earth metals
    • C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
    • C01F17/253—Halides
    • C01F17/265—Fluorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7767—Chalcogenides
    • C09K11/7769—Oxides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/585—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex
    • G01N33/587—Nanoparticles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/19—Halogen containing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/20—Oxygen containing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/20—Oxygen containing
    • Y10T436/204998—Inorganic carbon compounds

Abstract

本发明目的在于提供一种激发光并不是紫外线等对被分析物产生有害影响的光且稳定发光、发光效率优良的微粒，以及用该微粒标记的荧光探针。为了达到上述目的，本发明提供一种其特征在于含有可以被500～2000nm范围内波长光线激发而向上变换发光的稀土类元素的微粒，以及其特征在于具有与含有这种稀土类元素微粒结合的特异性结合物质的荧光探针。

Description

含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针
技术领域
本发明涉及含有被红色光线和红外光线激发而向上变换(up-conversion)发光的含有稀土类元素的微粒及其制造方法，以及用所述的含有稀土类元素的微粒标记的荧光探针。本发明的含有稀土类元素的微粒和荧光探针，可以用于基因诊断领域、免疫诊断领域、医药开发领域、环境试验领域、生物技术领域和荧光检查领域等。
背景技术
在医学和生物学领域中，对于病毒和酶反应的研究和临床检查而言，过去以有机物分子组成的荧光物质作为标记物，采用光学显微镜或光学检出器测定紫外线照射时发出的荧光的测定方法。这种方法，例如抗原-抗体荧光法等已被众所周知。这种方法中，采用与发射荧光的有机荧光体结合的抗体。抗原-抗体反应例如像钥匙—锁的关系那样选择性极高。因此能够从荧光强度分布知道抗原的位置。
作为一个例子有使用所谓DNA芯片的荧光检查法。为确定未知DNA碱基排列而采用本检查法的情况下，其大体情况下如下。也就是说，借助于使具有已知碱基排列的DNA(DNA片段)在多数基板上排列成点状的所谓DNA芯片，与作为用有机荧光体标记的被检查物的具有未知DNA碱基排列的DNA进行反应，通过对DNA芯片上荧光点的位置和强度等进行解析，来决定被检查物的碱基排列。
然而，能这样作为荧光标记物使用的有机荧光体一直存在问题。也就是说，在保存时和荧光测定时缺乏稳定性，有产生劣化之虞等问题。
作为解决这种问题的手段，有人提出采用CdSe纳米微粒的方法(“Semiconductor Namocrystals as Fluorescent Biological Labels”，Marcel Bruchez Jr等人《SCIENCE》281卷，2013～2016页1998年9月25日；“Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive NonisotopicDetection”，Warren C.W.Chan and Shuming Nie，《SCIENCE》281卷，2016～2018页1998年9月25日)。然而，这种方法激发光是蓝色光线或紫外光，所以当分析或检查对象是生物细胞和生物组织的情况下等，存在对分析或检查对象产生损伤的问题。而且即使分析或检查对象是DNA和蛋白质的情况下，紫外光也有可能对分子产生损伤，往往对高精度进行碱基排列的决定和活性位点的决定等时产生妨碍。
而且还有人提出采用能引起双光子激发的Si纳米微粒作为激发光在长波长侧发光的物质(“Second harmonic generation inmicrocrystallite films of ultra small Si nanoparticles”，《APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME》77卷，25期，2000年12月18日)。然而，这种方法的机理是由双光子吸收而发光的，所以除存在发光效率差，检出精度低等问题以外，还必须制成1纳米以下的超微颗粒，因而还有加工复杂的问题。
发明的公开
本发明正是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种激发光不是紫外线等对被分析物产生有害影响的光线，而且能够稳定发光、发光效率良好的微粒及其制造方法，以及用所述的微粒进行标记的荧光探针。
为达成上述目的，本发明提供一种含有稀土类元素的微粒，其特征在于可以被500～2000nm范围内波长的光线激发而向上变换发光。本发明的含有稀土类元素的微粒，由于含有这样向上变换发光的稀土类元素，所以使用它例如作为荧光探针的情况下，不必用紫外光线和蓝色光线作为激发光线，不会损伤作为被分析物的生物高分子，而且也不存在有机荧光体那样保存时缺乏稳定性的问题，以及发光效率高的优点。
上述发明中，所述的含有稀土类元素的微粒，由含有稀土类元素的核部和修饰该核部表面的功能性壳部组成，所述的功能性壳部优选至少具有能与特异性结合物质结合的特异性结合物质结合部位。通过具有这样的功能性壳部，能够容易与特异性结合物质进行结合。
而且在上述本发明中，所述的特异性结合物质结合部位，优选是具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位、具有置换反应性的部位和具有特异性相互作用的部位中至少一种部位。若具有这样的部位，则能够与特异性结合物质更可靠地进行结合。
本发明中，所述的含有稀土类元素的微粒，优选具有防止所述的含有稀土类元素的微粒凝聚的凝聚防止部位。例如即使在体液等具有高盐浓度液中等的情况下，也能在不凝聚下使用。
上述本发明中，所述的凝聚防止部位优选是具有氢键的部位和具有能水合的部位中至少一种部位。通过具有这样的部位，能够更可靠地防止含有稀土类元素的微粒凝聚。
而且上述功能性壳部优选具有与核部结合的核部结合部位。通过具有这样的核部结合部位，核部与功能性壳部的结合变得牢固，能够防止功能性壳部与核部剥离的不利情况发生。
此外，上述核部结合部位，优选是具有与金属结合功能的部位、具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位和具有置换反应性的部位中至少一种部位。通过具有这样的部位，核部与功能性壳部的结合能够更可靠地进行。
上述本发明中，核部的平均粒径优选处于1～100纳米范围内。使用多核苷酸和抗原或抗体等作为特异性结合物质的情况下，平均粒径优选处于上述范围内。
而且所述的核部，优选以卤化物或氧化物作基体材料，含有所述的能向上变换发光的稀土类元素的。以卤化物作基体材料的情况下，具有发光效率良好的优点，而以氧化物作基体材料使用的情况下由于耐水性等耐环境性强，所以具有能稳定发光的优点。
本发明中，所述的稀土类元素优选是从铒(Er)、钬(Ho)、镨(Pr)、铥(Tm)、钕(Nd)、钆(Gd)、铕(Eu)、镱(Yb)、钐(Sm)和铈(Ce)中选出的至少一种以上稀土类元素。因为作为能够向上变换发光的稀土类元素优选这些元素的缘故。
而且上述本发明中，所述的含有稀土类元素的微粒，能由掺杂稀土类元素的、平均粒径为1～100纳米的氧化物形成。所述的氧化物，优选从氧化钇、氧化钆、氧化镥、氧化镧和氧化钪中选出的至少一种氧化物。作为将稀土类元素掺杂的氧化物优选这些氧化物。
荧光体几乎在所有情况下都以粉末形式使用，其平均粒径为3～12微米左右。粒径一旦减小到一定粒径以下(因物质而异，为1～2微米左右)，发光效率就开始降低。据认为由于结晶的表面层发光效率低的缘故。
1994年，据报道用粒径数十～数纳米的荧光体粒子可以获得高发光效率，因而备受注目(“掺杂镁的ZnS纳米晶体的光学性质”，《APPLIEDPHYSICS LETTERS》，72卷，317期，1994年1月)。这种现象已经用激子的封入效果加以说明。
因此，通过使含有稀土类元素的微粒粒径大约设定在100纳米以下，可以期待所述含有稀土类元素的微粒向上变换发光的发光效率进一步提高。
粒径大约处于100纳米以下的含有稀土类元素的微粒，若所述的含有稀土类元素的微粒不发光就不能由目视方法确认其存在，所以例如作为评定全息元件真伪用的标记物等、荧光检查用的标记物等是适当的。
本发明中，可以使用铒和镱作为上述稀土类元素。通过控制这两种稀土类元素的各自添加量，可以在从绿色延续至红色波长范围内控制由向上变换作用从含有稀土类元素的微粒发出的光线的视觉颜色。
而且可以使用铒作为上述稀土类元素。通过在氧化钇中掺杂铒，在向上变换作用下能够得到发出绿色荧光的含有稀土类元素的微粒。
此外，可以使用铥和镱作为上述稀土类元素。通过添加铥和镱，可以获得对近红外区域光线的敏化作用，所以可以用近红外区域的激发光线激发蓝色光线。
上述发明中，可以采用含有稀土类元素的微粒的制造方法制造所述含有稀土类元素的微粒，所述的制造方法其特征在于包括：对于从碱性碳酸钇、碱性碳酸钆、碱性碳酸镥、碱性碳酸镧和碱性碳酸钪中选出的至少一种碱性碳酸盐掺杂稀土类元素的第一工序，和对所述掺杂了稀土类元素的碱性碳酸盐进行烧成的第二工序。
而且在所述的第一工序中，优选利用液相反应得到掺杂有所述稀土类元素的碱性碳酸盐。通过液相反应得到所述的碱性碳酸盐，容易获得粒径小的含有稀土类元素微粒。
上述发明中，在所述的第一工序中，优选使从硝酸钇、硝酸钆、硝酸镥、硝酸镧和硝酸钪中选出的至少一种硝酸盐、要掺杂的稀土类元素硝酸盐与碳酸钠反应。通过使这些物质在液相中反应容易得到所述的碱性碳酸盐。
而且在第二工序中，优选对掺杂有所述的稀土类元素的碱性碳酸盐快速加热烧成后快速冷却。通过快速加热烧成，然后快速冷却，容易得到粒径小的含有稀土类元素的微粒。
上述发明中，优选根据欲得到的荧光波长选择所述的稀土类元素。如上所述，由含有稀土类元素微粒产生的向上变换发光的波长，由于会根据在氧化物中掺杂的稀土类元素种类而发生变化，所以可适当得到适于该含有稀土类元素的微粒用途波长的向上变换发光，因此在实用上是有利的。
本发明还提供一种荧光探针，其特征在于其中具有上述记载的含有稀土类元素微粒，和能与上述含有稀土类元素微粒结合的特异性结合物质。这样的荧光探针，由于具有上述含有稀土类元素微粒的优点，即无需采用紫外线和蓝色光线作为激发光线，所以对于被分析物生物高分子不会产生损伤，而且也没有有机荧光体那样保存时稳定性差的问题，此外还有发光效率高的优点。
本发明中，所述的特异性结合物质优选多核苷酸、激素、蛋白质、抗原、抗体、肽、细胞和组织中任何材料。本发明的特征在于采用对生物高分子产生损伤的可能性少的红色或红外线作为激发光这一点，因为上述物质特别被激发光损伤的可能性高的缘故。
附图说明
图1是说明向上变换发光用的说明图。
图2是说明双光子发光的说明图。
图3是说明抗原抗体反应中本发明利用方式用的示意图。
图4是表示Y2O3:Yb，Er微粒被半导体激光器(980nm)光激发产生的发光光谱的曲线图。
图5是表示Y2O3:Er微粒被半导体激光器(980nm)光激发产生的发光光谱的曲线图。
图6是表示Y2O3:Yb，Tm微粒被半导体激光器(980nm)光激发产生的发光光谱的曲线图。
图7是表示将铒在氧化钇中的添加量固定为1原子百分数(atom％)，使镱的添加量在0atom％、1atom％、3atom％、5atom％、20atom％变化的情况下，得到的含有稀土类元素的微粒被半导体激光器(980nm)光激发产生的发光光谱的曲线图。
发明的最佳实施方式
以下就本发明的含有稀土类元素的微粒和使用这种微粒的探针进行详细说明。
A.含有稀土类元素的微粒
本发明的含有稀土类元素的微粒，其特征在于可以被500～2000nm波长范围内的光线激发而向上变换发光。
首先，用附图1说明本发明使用的向上变换发光。图1中，作为稀土类元素，使用镱(Yb)和铒(Er)的两种体系，表示作为激发光照射1000nm红色光的实例。首先如图1(a)所示，利用1000nm的激发光使镱(Yb3+)受激发，从2F7/2能级移动到能级高的2F5/2能级。于是这种能量由能量移动1将铒(Er3+)的能级从4I15/2能级提高到4I11/2能级。而且如图1(b)所示，镱(Yb3+)同样被1000nm的激发光所激发，这种能量由能量移动2，使铒(Er3+)的能级从4I11/2能级进一步提高到4F11/2能级。然后如图1(c)所示，当被上述激发的铒(Er3+)返回基态时，将发出550nm的光线。
因此，虽然是被1000nm的光所激发的，但是发出更高能量的550nm光线的情况下，也就是说，从波长来看将发出更高能量光线的情况叫作向上变换发光。
其中，在上述已有技术中说明的引起双光子激发的Si纳米微粒，如图2所示，是两个光子同时被吸收时开始激发的，所以与上述向上变换发光在原理上是不同的。而且这种双光子激发由于必须有两个光子同时存在，所以发光效率差，与之相比，上述向上变换发光没有那种必要性，所以与引起双光子激发的Si纳米微粒相比具有极高的发光效率。
本发明由于采用的是产生这种向上变换发光的稀土类元素，所以无需由能量高的光线，即由紫外线等激发。也就是说，发光时光线的波长，从容易分析或检出来看通常优选可见光。因此，向上变换发光的情况下，可以采用比其波长长的光线作为激发光线。因此，不采用对于生物高分子有可能产生损伤的紫外线和蓝色光线作为激发光线。此外，由于几乎没有激发光线与发光波长重叠的问题，所以分析和检出都容易得多。
因此，本发明的含有稀土类元素的微粒，由于使用能够向上变换发光的稀土类元素，所以被分析物质不会被激发光所损伤，能够进行正确的分析。而且与双光子激发相比发光效率极好，而且与使用有机荧光体的情况相比，由于保存稳定性等良好，所以能够稳定而高精度地进行分析。
含有能这样向上变换发光的稀土类元素的本发明的含有稀土类元素微粒，例如可以由含有能向上变换的稀土类元素的核部，和能与特异性结合物质结合，或者具有防止凝聚功能等的功能性壳部构成(以下将这种含有稀土类元素的微粒叫作“第一含稀土类元素微粒”。)。而且还可以由能够掺杂稀土类元素的平均粒径为1～100nm的氧化物构成(以下将含有这种稀土类元素的微粒叫作“第二含稀土类元素微粒”。)。
以下将本发明的含有稀土类元素微粒，分为第一含稀土类元素微粒和第二含稀土类元素微粒加以说明。
(I)第一含稀土类元素微粒
上述第一含稀土类元素微粒全体的粒径，优选处于1～500纳米范围内，特别优选处于1～100纳米范围内。而且这样的第一含稀土类元素微粒的表面，即功能性壳部优选具有官能团。因为这样能与与特异性物质的结合容易进行。
关于本发明的这样的第一含稀土类元素微粒将分为核部和功能性壳部加以说明。
1.核部
在本发明的第一含稀土类元素微粒的核部含有稀土类元素。首先说明这种稀土类元素，然后说明含有稀土类元素的核部。
(1)稀土类元素
本发明使用的稀土类元素只要是能被上述预定范围内波长的光线激发而向上变换发光的稀土类元素，就无特别限制。
这种激发光线波长的范围，由于优选激发光线对生物高分子不产生损伤的，所以必须至少处于500～2000nm范围内，其中优选处于700～2000nm范围内，特别优选处于800～1600nm范围内。
作为这种稀土类元素，一般可以举出三价离子稀土类元素，其中可以适当使用铒(Er)、钬(Ho)、镨(Pr)、铥(Tm)、钕(Nd)、钆(Gd)、铕(Eu)、镱(Yb)、钐(Sm)和铈(Ce)等。
本发明中，上述的能够向上变换发光的稀土类元素可以使用一种或者两种以上同时使用。其中，使用一种稀土类元素情况下作为向上变换发光的机理，若以掺杂Er3+的材料为例加以说明，则当作为激发光照射970nm或1500nm光线的情况下，经过向上变换过程，根据Er3+离子的能级，可以举出显示410nm(2H9/2-4I15/2)、550nm(4S3/2-4I15/2)、660nm(4F9/2-4I15/2)等可见光的例子。
(2)核部
含有上述稀土类元素的核部，若是在能向上变换发光的状态下含有上述稀土类元素，则可以是在有机物例如在络合物和dendrimer等中含有稀土类元素的状态而形成的形式等，没有特别限制。然而，通常优选在无机物基体物质中混入上述稀土类元素而形成的。因为在能发光状态下容易使之含有上述稀土类元素的缘故。
作为这样的无机物基体材料，从发光效率的观点考虑优选对于激发光透明性的材料，具体地说，适宜使用氟化物、氯化物等卤化物、氧化物、硫化物等。
本发明中从发光效率来看，可以适当使用卤化物。这种卤化物具体讲可以举出氯化钡(Ba Cl2)、氯化铅(Pb Cl2)、氟化铅(Pb F2)、氟化镉(Cd F2)、氟化镧(La F3)、氟化钇(YF3)等，其中优选氯化钡(BaCl2)、氯化铅(Pb Cl2)和氟化钇(YF3)。
另一方面作为对水分等稳定的耐环境性高的基体材料，可以举出氧化物。这种氧化物，具体讲可以举出氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钽(Ta2O5)等，其中优选氧化钇(Y2O3)。
其中使用卤化物作为微粒基体材料的情况下，优选在周围形成保护层。也就是说，卤化物一般而言对水等不稳定，直接以微粒形式使用往往不能正确分析，这种情况下可以在以卤化物为基体材料的周围形成具有耐水性等的覆盖材料，制成复合核部。可以适当使用上述那种氧化物作为这种覆盖材料。
向基体材料中导入稀土类元素的方法，在卤化物的情况下，例如关于氯化钡，可以举出记载在特开平9-20894号公报或者文献(“Efficient1.5mm to Visible Upconversion in Er3+Doped Halide Phoshors”，JunichiOhwaki等人，1334～1337页，《JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》31卷第二部分，No.3A，1994年3月1日)中的方法。而且关于氧化物，可以举出记载在特开平7-3261号公报或者文献(“Green  UpconversionFluorescence in Er3+Doped Ta2O5 Heated Gel”，Kazuo Kojima等人，67卷(23)，1995年12月4日；“Relationship Between Optical Propertiesand Crystallinity of Nanometer Y2O3:Eu Phoshor”，《APPLIED PHYSICSLETTERS》76卷12期，1549～1551页，2000年3月20日)中的方法。
本发明中，上述基体材料中稀土类元素的导入量，因稀土类元素的种类和基体材料的种类、以及所需的发光程度有很大变化，可以根据各种条件适当决定。
而且核部的平均粒径优选1～100nm，更优选1～50nm。核部的平均粒径小于1nm的微粒因极难合成而不优选。而且核部的平均粒径超过100nm的微粒妨碍被标记物，即妨碍特异性结合物质的反应而使数据精度降低而不好。
此外，向上变换发光的稀土类元素，其发光颜色因其组成而异，利用这一点，通过分别用发光颜色各异的含有稀土类元素的微粒标记特异性不同的多数特异性结合物质后进行同样测定，能够同时对不同的被测定物质进行检出。
2.功能性壳部
本发明的第一含稀土类元素微粒，是具有在上述核部的周围形成的功能性壳部的微粒。对于这种功能性壳部要求在体液等高盐浓度的液体中不会凝聚，以及在样品液体中不会发生非特异性反应。
作为这种功能性壳部要求的具体特性，首先可以举出具有与特异性物质的结合性这一点。也就是说，功能性壳部优选具有作为与特异性结合物质结合的部位即特异性结合物质结合部位，优选用具有这种部位的材料形成。
作为这种特异性结合物质结合部位，只要是能够对壳部表面赋予物理结合性或化学结合性的就无特别限制。具体讲，可以举出具有离子解离能力的部位、具有离子配位能力的部位、具有与金属结合功能的部位、具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位、具有置换反应性的部位、具有氢结合能力的部位、具有特异性相互作用能力的部位等，其中优选至少具有在具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位、具有置换反应性的部位和具有特异性相互作用的部位中的一个部位。
作为这种部位，具体讲可以举出羧基、胺基、羟基、醛基(-CHO)、乙烯基(CH2＝CH-)、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、环氧基、缩醛基((CH3CH2O)CH-)、酰亚胺部位、生物素部位等。
其次对于功能性壳部要求的特性，可以列举防止第一含稀土类元素微粒凝聚这一点。因此，功能性壳部优选具有防止上述第一含稀土类元素微粒凝聚的凝聚防止部位，优选用具有这种部位的材料形成。
作为上述凝聚防止部位，优选具有氢键的部位和具有水合能力部位中至少一个部位。作为这种部位具体讲可以举出环氧乙烷部位(-(CH2CH2O)n-)(下标n为2以上10,000以下的整数)、羟基(-OH)、酰胺基部位(-CONH-)、磷酸酯部位(-PO(OR)n(OH)3-n)  (下标n为1、2或3，R为含有碳原子数2个以上的烃的基团)、甜菜碱部位。特别优选以聚乙二醇为代表的环氧乙烷部位(-(CH2CH2O)-)和甜菜碱部位。这是因为在微粒表面形成稳定水合层的性能优良，防止凝聚和非特异性吸附的功能优良的缘故。
而且作为其他的具有防止凝聚功能的部位，优选起静电排斥力作用的离子解离部位，具体讲优选羧基、磺酸基、胺基、亚氨基、甜菜碱部位等，特别优选具有这些基团的聚合物。这是因为在微粒表面形成稳定的静电排斥层的性能优良的缘故。
此外，本发明中功能性壳部优选具有与核部结合的核部结合部位的，而且优选由具有这样部位的材料形成的。作为这样的部位，可以举出具有与金属结合功能的部位、具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位和具有置换反应性的部位中至少一个部位。
具体讲，可以举出甲氧基甲硅烷基(-Si(OCH3)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、乙氧基甲硅烷基(-Si(O CH2CH3)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、丙氧基甲硅烷基(-Si(OC3H7)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、氯代甲硅烷基(-SiClnYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基等。
而且上述功能性壳部，优选由具有防止因非辐射和化学反应等而使第一含稀土类元素微粒的发光效率降低的功能的材料形成，优选在第一含稀土类元素微粒的核部表面上牢固地配位或结合的材料。其中特别优选具有聚合性的。也就是说，优选具有以下部位的材料，即具有离子配位能力的部位、具有与金属结合功能的部位、具有缩合反应性的部位、具有加成聚合性的部位、和具有置换反应性的部位等；具体讲，优选具有羧基、氨基、亚氨基、硫醇基、席夫碱部位(-CH＝N-)、甲氧基甲硅烷基(-Si(OCH3)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、乙氧基甲硅烷基(-Si(O CH2CH3)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、丙氧基甲硅烷基(-Si(OC3H7)nYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、氯代甲硅烷基(-SiClnYn-1)(下标n表示1、2或3，Y表示甲基或乙基)、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基等的材料。
如上所述，由于要求功能性壳部具有各种功能，所以作为形成这种功能性壳部的材料，可以说优选具有上述要求综合功能的材料。具体讲，可以举出由以下化学式表示的材料。
Figure A0380196100171
Figure A0380196100181
3.第一含稀土类元素微粒的制造方法
作为上述第一含稀土类元素微粒的制造方法，可以举出包括高频等离子法在内的气体中蒸发法、溅射法、玻璃结晶化法、化学析出法、逆向微胶囊法、溶胶-凝胶法和与之类似的方法，以及水热合成法和包括共沉淀法在内的沉淀法或喷雾法等。
作为在第一含稀土类元素微粒的表面上形成功能性壳部的方法，可以适当采用使形成功能性壳部的材料的官能团与核部表面的官能团产生缩合反应和加成反应使之共价结合的方法、在核部存在下利用溶胶-凝胶法和与之类似的方法合成功能性壳部的方法、使功能性壳部的前体吸附在核部后使之聚合的方法等。而且采用化学析出法、逆向微胶囊法、溶解-凝胶法和与之类似方法等合成核部的情况下，可以将此时使用的表面活性剂和保护剂直接作为壳部前体或壳部加以利用。
(II)第二含有稀土类元素的微粒
1.第二含有稀土类元素的微粒
第二含有稀土类元素的微粒，是以氧化物作基体材料，对该氧化物掺杂稀土类元素而得到的平均粒径为1～100纳米的微粒。这种第二含有稀土类元素的微粒虽然相当于上述的第一含稀土类元素微粒的核部的优选形式之一，但是该第二含有稀土类元素的微粒却在没有以功能性壳部作为必须的构成要件这一点上，与第一含稀土类元素微粒不同。
作基体材料使用的氧化物，例如可以从氧化钇、氧化钆、氧化镥、氧化镧和氧化钪中选择，其数目可以是一种或2种以上的数种。
例如，这种在基体材料中掺杂的稀土类元素，根据要获得的向上变换发光的波长，既可以仅用一种，也可以是两种以上的数种。
例如若在氧化钇中掺杂铒，能够得到用波长980nm光线激发时因向上变换而发绿光的第二含稀土类元素微粒。
而且若在氧化钇中掺杂铒和镱，能够得到用波长980nm光线激发时，因向上变换而可以识别出处于绿色～红色波长范围内特定颜色光线的第二含稀土类元素微粒。例如，若将铒的添加量定为1摩尔％，将钇的添加量定为20摩尔％，则能够得到被波长980nm光线激发时可以识别出红色光线的第二含稀土类元素微粒。
图7表示将氧化钇中铒的添加量固定在1原子百分数(atom％)，当使钇的添加量以0atom％、1atom％、3atom％、5atom％、20atom％变化时，因得到的第二含稀土类元素微粒的向上变换而发出荧光的光谱。同图中，钇的添加量为0atom％、1atom％、3atom％、5atom％、20atom％时的各个光谱，自上而下依次用(i)～(iv)表示。
正如图7所表示的那样，将第二含稀土类元素微粒激发时可以识别的光线颜色，按照铒添加量与钇添加量之比，将从绿色向红色波长区域内变化。
若在氧化钇中掺杂铥和镱，用波长980nm光线激发时，由于镱对近红外区域光线的敏化作用，能够获得比铥的蓝色发光更高的亮度。
此时稀土类元素相对于氧化钇的添加量，可以在不产生浓度消光的范围内适当选择。例如，在氧化钇中添加铒、镱或铥的情况下，所述的铒、镱和铥的各自添加量可以在0～50摩尔％范围内适当选择。
2.第二含稀土类元素微粒的制造方法
上述的第二含稀土类元素微粒，例如可以在获得所需的稀土类元素掺杂的碱性碳酸盐，将此碱性碳酸盐烧成后，必要时通过调整到特定粒径的方法得到。
上述的碱性碳酸盐，例如可以从碱性碳酸钇、碱性碳酸钆、碱性碳酸镥、碱性碳酸镧和碱性碳酸钪中选择，其数目可以是一种或多种。
这种在碱性碳酸盐中掺杂的稀土类元素的种类，如上所述，可以根据作为目的的第二含稀土类元素微粒由向上变换发出的荧光的波长适当选择。
从获得平均粒径1～100纳米的第二含稀土类元素微粒上来看，优选利用液相反应获得上述所需稀土类元素掺杂的碱性碳酸盐。该碱性碳酸盐，例如可以通过使要把稀土类元素掺杂到其中的碱性碳酸盐的构成元素金属的硝酸盐，要掺杂的稀土类元素的硝酸盐，与碳酸钠反应的方法得到。
当对所需的稀土类元素掺杂的碱性碳酸盐烧成时，优选快速加热，然后优选快速冷却。通过这种快速加热和快速冷却，能够防止粒子生长，容易使平均粒径处于100纳米以下。
其中本发明中所述的快速加热，是指投入被设定在300～1700℃，优选500～1100℃的炉中至少10分钟以上，优选30～180分钟的加热方式。而且所述的快速冷却是指，从上述炉中取出后置于比炉内温度低200℃以上，优选低500～1100℃的温度条件下的冷却方式。
通过经历上述各工序，能够得到上述的第二含稀土类元素微粒。
其中，上述的第二含稀土类元素微粒，也可以作为上述的第一含稀土金属元素微粒的核部使用。
B.荧光探针
本发明的荧光探针，其特征在于其中具有上述的第一含稀土类元素微粒或第二含稀土类元素微粒，和与上述第一含稀土类元素微粒或第二含稀土类元素微粒结合的特异性结合物质。
1.特异性结合物质
本发明中通过用上述那样的第一含稀土类元素微粒或第二含稀土元素微粒，标记已知或未知的特异性结合物质，能够制成具有各种功能的荧光探针。例如，标记已知的抗体，可以制成研究被检查物质中抗原位置用的荧光探针，或者标记未知DNA(被检查物)，利用DNA芯片，能够制成决定被检查物的碱基排列用的荧光探针。
作为这种特异性结合物质，例如可以举出脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、戊糖核酸(PNA)等合成核酸，激素、蛋白质、肽、细胞、组织、抗原、抗体、受体、半抗原、酶、核酸、药剂、化学物质、聚合物、病原体、毒素、腺嘌呤衍生物、鸟嘌呤衍生物、胞嘧啶衍生物、胸腺嘧啶衍生物、尿嘧啶衍生物等。
本发明中，其中优选使用脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、戊糖核酸(PNA)等合成核酸，激素，蛋白质，抗原，抗体，肽，细胞作为特异性结合物质。本发明中，上述那样的激发光具有对生物高分子不产生损伤的特征，上述的DNA、RNA、合成核酸、激素、蛋白质、抗原、抗体、肽、细胞，即使因激发光产生少许损伤，由于对分析结果也有可能产生很大影响，所以能够有效地活用本发明的优点。
2.用含稀土类元素微粒的标记特异性结合物质
本发明中，上述特异性物质通过与上述第一含稀土类元素微粒或第二含稀土类元素微粒结合、被标记，可以制成荧光探针。
这种含稀土类元素微粒与特异性结合物质的结合并无特别限制，例如可以举出离子结合、配位结合、氢键等物理结合，以及化学结合即共价结合和特异性相互作用结合等，从提高分析精度的观点来看，优选上述的含稀土类元素微粒与特异性结合物质具有强结合，因此优选采用共价结合或特异性相互作用结合方式的结合。
3.分析或检测方法
作为利用本发明的荧光探针的分析或检测方法，例如可以举出下面所示的利用抗原抗体反应的方法。
也就是说，对处于细胞和细胞内的物质(抗原)施加作用的抗体，由于通过抗原抗体反应而与抗原牢固结合，所以能够依靠其结合部位探查抗原所在。然而，在显微镜下一般不能观察到抗体分子本身，所以抗原检测用的抗体必须事先进行能够观察到的标记。例如如图3所示，抗原抗体反应是可逆的结合反应。该反应是极为特异性的，抗体与与其对应的抗原以外的物质不反应。图中上段，表示使抗体对组织标本作用时，仅与抗原A反应、结合。但是，在这种状态下，由于抗体本身不能染色，所以不能判断抗原的所在。于是像下段那样，事先在抗体上结合可视性的标记，一旦使其与组织内的抗原反应，就会产生与上段同样的结合，所以这次就能用标记判断抗原抗体反应产生的场所，因而能够了解抗原存在的部位。在标记抗体的性质上重要的是，不应当由于标记而失去与抗原的结合性，不产生与其他物质的非特异性的亲和性，而且可以充分保存标记的活性。
这样的荧光抗体法(fluorescent antibody method(荧光色素标记抗体法，fluorescent-labeled antibody method)，是免疫组织化学方法之一，抗体的标记采用荧光色素，通过在荧光显微镜下观察被激活的荧光来探测抗原所在的方法。这种方法由于在免疫组织化学方法中很早就已被确立，所以在1940年代初有Coons等人着手开发，在1950年代大体确立的方法。其后，由Riggs等人对标记法改进并由McDvitt等人导入了标记抗体的精制方法后，应用领域得到扩展，当今仍是免疫组织化学的代表性方法之一。
本发明中，采用含有稀土类元素的第一或第二含稀土类元素微粒作为上述标记，以抗体作为特异性结合物质，使这种方法的应用成为可能。
因此，通过使与其他生物高分子特异性结合的特异性结合物质，与上述含稀土类元素微粒结合，进行标记，使各种分析和检测成为可能。
作为产生这种特异性结合的情况，例如可以举出核酸(例如寡核苷酸或多核苷酸)和与其相辅的核酸的组合、上述那样的抗原与抗体(或抗体片断)的组合、受体与其配位体(例如激素、胞质分裂素、神经传递物质或植物凝集素)的组合、酶与其配位体(例如酶的底物类似物、辅酶、调节因子、或抑制剂)的组合、酶类似物和酶类似物原有酶的底物的组合、或者植物凝集素与糖的组合等。其中所述的“酶类似物”是指，与对应原酶的底物的特异性亲和性虽然高，但是却不显示催化活性的物质。而且上述各种组合中的各种化合物分别可以是，其中任意一方成为“特异性结合物质”，另一方成为被分析或检测出的物质。例如，就“抗原与抗体的组合”而言，当抗原成为“被分析或检测出的物质”时，抗体能够变成“特异性结合物质”，反之当抗体变成“被分析或检测出的物质”的情况下，抗原能够变成“特异性结合物质”。
例如将本发明的荧光探针使用于核酸杂交分析的情况下，可以使用能与作为被分析或检出的物质的核酸(例如寡核苷酸或多核苷酸)互补结合的寡核苷酸或多核苷酸。其中在“寡核苷酸”或“多核苷酸”中含有脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和戊糖核酸(PNA)。其中所述的PNA是将DNA的磷酸二酯键转变成肽键的人工核酸。被结合在上述不溶性粒子上的寡核苷酸或多核苷酸的链长，可以根据分析目的适当选择，例如可以根据要捕捉的DNA、RNA或PNA的互辅排列的链长决定。
作为上述特异性结合物质而使用的寡核苷酸的合成，一般能够采用自动合成装置进行。而且可以采用通常遗传学的方法，例如PCR(聚合酶链锁反应)法进行。
在免疫学分析中采用本发明的荧光探针的情况下，作为上述特异性物质，可以使用与被分析或检出的物质有特异性结合的抗原(包括半抗原)或抗体。这种情况下，作为上述待分析或检测的物质，只要是通常在被检测样品中所含的成分，而且若是免疫学上能够检测出的物质就无特别限制。若要列举一个实例，则可以举出各种蛋白质、多糖类、脂质、菌体或各种环境物质等。更详细地讲，可以举出免疫球蛋白(例如IgG、IgM或IgA)、与感染症有关的标记(例如HBs抗原、HBs抗体、HIV-1抗体、HIV-2抗体、HTLV-1抗体或螺旋体抗体)、与肿瘤有关的抗原(例如AFP、CRP或CEA)、凝固线溶标记(例如血纤维蛋白溶酶原、抗凝血酶-III、D-二聚体、TAT或PPI)、抗癫痫药(例如激素)、各种药剂(例如狄高辛)、菌体(例如0-157或沙门氏菌)或者这些菌体内毒素或菌体外毒素、微生物、酶类、残留农药或环境激素等。作为上述特异性结合物质而使用的抗体，可以使用用公知方法得到的多菌落(polychlonal)抗体或单菌落(monoclonal)抗体中任何抗体。此外，上述抗体也可以使用经过蛋白质(例如胃蛋白酶或木瓜蛋白酶)处理过的(例如酶(例如Fab、Fab’、F(ab’)2或Fv))。
因此荧光探针可以用于检出或分析各种生物高分子，而且在照射激发光线之际还具有对上述被检测或分析的生物高分子不产生损伤的优点。
另外本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式只是一种例示，具有与记载在本发明权利要求范围内的技术思想实质上一致的构成并具有同样效果的方案，均被包含在本发明的技术范围内。
实施例
以下利用实施例具体说明本发明。
1.核部、第二含稀土类元素微粒的制作
以下说明含有以向上变换发光为特征的稀土类元素的核部的制作方法。
1-1.Y2O3:Yb，Er微粒
利用液相反应得到掺杂了Yb与Er的前体，并通过烧成此前体，制成了Y2O3:Yb，Er微粒。以下说明制造工序。
首先将0.0158摩尔硝酸钇、0.004摩尔硝酸镱和0.0002摩尔硝酸铒溶解在蒸馏水中制成100毫升，制作Y、Yb、Er离子混合溶液。而且向上述Y、Yb、Er离子混合溶液中添加100毫升碳酸钠水溶液(0.3摩尔/升)，搅拌2小时。
然后用离心分离机，将在3000rpm下离心分离30分钟的操作重复进行三次。进而在真空中将沉淀物45℃下干燥5小时，得到了作为前体的掺杂Yb和Er的碱性碳酸钇。
将此前体放入电炉中快速加热，在空气气氛中900℃下保持30分钟后，取出急冷。这样合成了Y2O3:Yb，Er微粒。利用SEM和XRD的测定结果，确认平均粒径约为30nm。
图4表示这样得到的Y2O3:Yb，Er微粒被半导体激光器(980nm)的光激发产生的发光光谱。观察到Er3+的绿色发光处于550nm附近，并观察到Yb3+的红色发光处于650～680nm附近。
其中，图4表示铒添加量为1摩尔％、镱添加量为20摩尔％的Y2O3:Yb，Er微粒发光光谱。
1-2.Y2O3:Er微粒
在液相反应中得到掺杂了Er的前体，烧成此前体后制成了Y2O3:Er微粒。以下说明制造工序。
首先将0.0198摩尔硝酸钇和0.0002摩尔硝酸铒溶解在蒸馏水中制成100毫升，制作了Y、Er离子混合溶液。而且向上述Y、Er离子混合溶液中添加100毫升碳酸钠水溶液(0.3摩尔/升)，搅拌2小时。
然后用离心分离机，将在3000rpm下离心分离30分钟的操作重复进行三次。进而在真空中将沉淀物45℃下干燥5小时，得到了作为前体的掺杂Er的碱性碳酸钇。
将此前体放入电炉中快速加热，在空气气氛中900℃下保持30分钟后取出急冷。这样合成了Y2O3:Er微粒。利用SEM和XRD的测定结果确认平均粒径约为30nm。
图5表示这样得到的Y2O3:Er微粒被半导体激光器(980nm)的光激发产生的发光光谱。观察到Er3+的绿色发光处于550nm附近。
其中，图5表示铒添加量为1摩尔％的Y2O3:Er微粒发光光谱。
1-3.Y2O3:Yb，Tm微粒
在液相反应中得到掺杂了Yb与Tm的前体，烧成此前体后制成了Y2O3:Yb，Tm微粒。以下说明制造工序。
首先将0.0158摩尔硝酸钇、0.004摩尔硝酸镱和0.0002摩尔硝酸铥溶解在蒸馏水中制成100毫升，制作了Y、Yb、Tm离子混合溶液。而且向上述Y、Yb、Tm离子混合溶液中添加100毫升碳酸钠水溶液(0.3摩尔/升)，搅拌2小时。
然后用离心分离机，将在3000rpm下离心分离30分钟的操作重复进行三次。进而在真空中将沉淀物45℃下干燥5小时，得到了作为前体的掺杂Yb和Tm的碱性碳酸钇。
将此前体放入电炉中快速加热，在空气气氛中900℃下保持30分钟后，取出急冷。这样合成了Y2O3:Yb，Tm微粒。用SEM和XRD的测定结果确认平均粒径约为30nm。
图6表示这样得到的Y2O3:Yb，Tm微粒被半导体激光器(980nm)的光激发产生的发光光谱。观察到TM3+的蓝色发光处于480nm附近。
其中，图6表示铥添加量为1摩尔％、镱添加量为20摩尔％的Y2O3:Yb，Tm微粒发光光谱。
2.第一含稀土类元素微粒的制作
2-1.Y2O3:Yb，Er/APTS微粒
用含有30毫克高分子分散稳定剂的少量干燥甲苯，将上述1-1中合成的Y2O3:Yb，Er微粒300毫克分散后，用干燥甲苯稀释使总量达到10克。于氮气气氛下和剧烈搅拌下向此微粒分散液中加入0.5克(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(APTS)，室温下继续搅拌15小时。
利用离心分离回收APTS处理微粒后，用甲苯再分散、离心分离、回收，于甲苯∶甲醇(1∶1)中再分散、离心分离、回收，甲醇中再分散、离心分离、回收，于甲醇∶水(1∶1)中再分散、离心分离、回收，最后用水再分散、离心分离，得到了Y2O3:Yb，Er/APTS复合微粒。
得量为210毫克。干燥后的复合微粒能再分散于水中。而且这种复合微粒，在干燥状态下和被水分散状态下，均能显示与图4同样光谱形状的向上变换发光。
2-2.Y2O3:Er/PEG-Biotin微粒
用上述1-2中合成的Y2O3:Er微粒300毫克，与2-1同样制作了Y2O3:Er/APTS复合微粒。得量为233毫克。将200毫克Y2O3:Er/APTS复合微粒再分散在5克pH8的水中。
向此分散液中加入将30毫克Biotin-PEG-NHS(上述化合物16，Shearwater公司制造，分类号-OH2ZOFO2)溶解在5克PH8的水中制成的溶液进行混合，搅拌1小时。然后利用离心分离将Biotin-PEG-NHS处理后的复合微粒与上清液分开，将复合微粒在水中再分散、离心分离和回收，将此操作重复三次后用透析技术精制，得到了目的Y2O3:Er/PEG-Biotin复合微粒。
这种Y2O3:Er/PEG-Biotin复合微粒分散液的总量为33.4克。取出其中一部分测定干燥前后的重量，求出Y2O3:Er/PEG-Biotin复合微粒的得量为74毫克。而且这种复合微粒，在干燥状态下和被水分散状态下，均能显示与图5同样光谱形状的向上变换发光。
2-3.Y2O3:Er/(含有APTS层)微粒
将20毫摩尔脱水乙酸钇和0.4毫摩尔脱水乙酸铒的脱水乙醇分散液回流3小时后，冷却至室温。再冷却到0℃，一边用超声波照射一边剧烈搅拌，向其中加入四甲基氢氧化铵的脱水甲醇溶液，制成了Y2O3:Er微粒。加入的四甲基氢氧化铵的量大约为22毫摩尔。
向此Y2O3:Er微粒分散液中加入含有0.01毫摩尔四乙氧基硅烷和0.01毫摩尔APTS的脱水甲苯溶液，在氮气气氛下使之再反应2小时，制成了Y2O3:Er/(含APTS层)复合微粒。对于除去了凝聚物的Y2O3:Er微粒/(含APTS层)微粒分散液，将用离心分离回收微粒并用乙醇再分散的工序，实施两次。使结果得到的微粒分散液流入装有搅拌子的透析管中，用电磁搅拌器在pH3.8的水中进行搅拌，在改变水的条件下将这种搅拌进行3日。将这种Y2O3:Er/(含APTS层)复合微粒的水分散液于暗处用半导体激光器(980nm)照射后，确认照射部分发出绿色光线。用透射式电子显微镜测定的平均粒径约为11nm。
2-4.LaF3:Y2O3，Er/(含APTS层)微粒
向4升乙醇/水混合溶剂(10∶1)中加入120毫摩尔二正十八烷基二硫代磷酸盐(DOSP)和120毫摩尔氟化钠，加热至75℃。向其中一边滴加100毫升含有40毫摩尔硝酸镧、0.12毫摩尔硝酸镱、0.01毫摩尔硝酸铒的水溶液，一边在75℃下持续加热2小时。冷却到室温后，利用离心分离法分离取出粗的LaF3:Yb，Er/(含DOSP层)微粒，用水和乙醇各洗涤五次。然后在二氯甲烷中再分散，将向其中加入乙醇后再沉淀的沉淀物离心分离取出，该工序反复进行三次，精制了LaF3:Yb，Er/(含DOSP层)微粒。在24小时室温、真空干燥后得到的固形分为6.9克。LaF3:Yb，Er/(含DOSP层)微粒虽然能在二氯甲烷和甲苯中再分散，但是却不能在乙醇和水中再分散。用5克LaF3:Yb，Er/(含DOSP层)微粒，在氮气气氛下将其再分散在500毫升脱水甲苯中。向其中加入溶解有0.02毫摩尔四乙氧基硅烷和0.02毫摩尔APTS的10毫升脱水甲苯，使之反应15小时。离心分离后，试用乙醇再分散，利用倾泻法分离取出经过5小时静置后的上清液。离心分离此上清液，用乙醇/水(1∶1)再分散，离心分离后再用pH3.5的水试验了再分散作用。结果几乎看不到凝聚物，所以能够确认形成了LaF3:Yb，Er/(含APTS层)微粒。将其离心分离后，在室温下真空干燥24小时。干燥后的重量为4.1克。对其照射980nm的半导体激光束，发出红色光线。而且经SEM观察确定平均粒径约为32nm。

Claims (21)

1.一种含有稀土类元素的微粒，其特征在于可以被500～2000nm范围内波长的光线激发而向上变换发光。
2.按照权利要求1所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的含有稀土类元素的微粒，由含有稀土类元素的核部和修饰该核部表面的功能性壳部组成，所述的功能性壳部至少具有能与特异性结合物质结合的特异性结合物质结合部位。
3.按照权利要求2所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的特异性结合物质结合部位，是具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位、具有置换反应的部位和具有特异性相互作用的部位中至少一种部位。
4.按照权利要求2或3所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的含有稀土类元素的微粒，具有防止所述的含有稀土类元素微粒凝聚的凝聚防止部位。
5.按照权利要求4所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的凝聚防止部位是具有氢键的部位和具有水合能力的部位中至少一种部位。
6.按照权利要求2～5中任何一项所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的功能性壳部具有与核部结合的核部结合部位。
7.按照权利要求6所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的核部结合部位，是具有与金属结合功能的部位、具有缩合反应性的部位、具有加成反应性的部位和具有置换反应性的部位中至少一种部位。
8.按照权利要求2～7中任何一项所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的核部的平均粒径处于1～100纳米范围内。
9.按照权利要求2～8中任何一项所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的核部，是以卤化物或氧化物作基体材料，并含有所述的能向上变换发光的稀土类元素而形成的。
10.按照权利要求1～9中任何一项所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的稀土类元素是从由铒(Er)、钬(Ho)、镨(Pr)、铥(Tm)、钕(Nd)、钆(Gd)、铕(Eu)、镱(Yb)、钐(Sm)和铈(Ce)构成的一组中选出的至少一种以上稀土类元素。
11.按照权利要求1所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于，是氧化物中掺杂稀土类元素的平均粒径为1～100纳米的微粒，所述的氧化物是从氧化钇、氧化钆、氧化镥、氧化镧和氧化钪中选出的至少一种氧化物。
12.按照权利要求11所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的稀土类元素是铒和镱。
13.按照权利要求11所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的稀土类元素是铒。
14.按照权利要求11所述的含有稀土类元素的微粒，其特征在于所述的稀土类元素是铥和镱。
15.一种含有稀土类元素微粒的制造方法，其特征在于其中包括：
在选自碱性碳酸钇、碱性碳酸钆、碱性碳酸镥、碱性碳酸镧和碱性碳酸钪中的至少一种碱性碳酸盐中掺杂稀土类元素的第一工序，和
对掺杂了所述稀土类元素的碱性碳酸盐进行烧成的第二工序。
16.按照权利要求15所述的含有稀土类元素微粒的制造方法，其特征在于在所述的第一工序中，利用液相反应得到掺杂所述稀土类元素的碱性碳酸盐。
17.按照权利要求15或16所述的含有稀土类元素微粒的制造方法，其特征在于其中在所述的第一工序中，使从硝酸钇、硝酸钆、硝酸镥、硝酸镧和硝酸钪中选出的至少一种硝酸盐、要掺杂的稀土类元素硝酸盐与碳酸钠进行反应。
18.按照权利要求15～17中任何一项所述的含有稀土类元素微粒的制造方法，其特征在于其中在所述的第二工序中，对所述掺杂有稀土类元素的碱性碳酸盐快速加热烧成后快速冷却。
19.按照权利要求15～18中任何一项所述的含有稀土类元素微粒的制造方法，其特征在于其中根据欲得到的荧光波长选择所述的稀土类元素。
20.一种荧光探针，其特征在于其中具有权利要求1～14中任何一项所述的含有稀土类元素微粒，和能与上述含有稀土类元素微粒结合的特异性结合物质。
21.按照权利要求20所述的荧光探针，其特征在于所述的特异性结合物质是多核苷酸、激素、蛋白质、抗原、抗体、肽、细胞和组织中的任意材料。
CNB038019612A 2002-03-05 2003-03-04 含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针 Expired - Fee Related CN100357391C (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58359/2002 2002-03-05
JP2002058359 2002-03-05
JP2002218933 2002-07-26
JP218933/2002 2002-07-26
JP332852/2002 2002-11-15
JP2002332852A JP4526004B2 (ja) 2002-03-05 2002-11-15 希土類元素含有微粒子およびそれを用いた蛍光プローブ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1612922A true CN1612922A (zh) 2005-05-04
CN100357391C CN100357391C (zh) 2007-12-26

Family

ID=27792040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038019612A Expired - Fee Related CN100357391C (zh) 2002-03-05 2003-03-04 含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7560284B2 (zh)
JP (1) JP4526004B2 (zh)
CN (1) CN100357391C (zh)
GB (1) GB2396359B (zh)
WO (1) WO2003074630A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104730245A (zh) * 2014-11-28 2015-06-24 威海纽普生物技术有限公司 D二聚体检测试剂盒及检测方法
US10537831B2 (en) 2004-07-29 2020-01-21 Triad National Security, Llc Ultrasonic analyte concentration and application in flow cytometry
CN111592885A (zh) * 2019-02-20 2020-08-28 福州大学 一种稀土掺杂氧化钪纳米材料及其制备方法和应用
US11287362B2 (en) 2007-12-19 2022-03-29 Triad National Security, Llc Particle analysis in an acoustic cytometer

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4553895B2 (ja) * 2003-03-28 2010-09-29 ソウッカ、テロ 均質発光エネルギー伝達バイオアッセイ
FI20030460A0 (fi) 2003-03-28 2003-03-28 Tero Soukka Homogeeninen määritysmenetelmä, joka perustuu luminesenssienergiasiirtoon
US20070212542A1 (en) * 2003-10-22 2007-09-13 The Regents Of The University Of California Methods for Preparing and Functionalizing Nanoparticles
JP2006117864A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Dainippon Printing Co Ltd 蛍光体微粒子
JP5050140B2 (ja) * 2005-03-10 2012-10-17 大日本印刷株式会社 三次元表示装置用蛍光体微粒子分散体、およびそれを用いた三次元表示装置
US20070044679A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-01 Petrik Viktor I White-fluorescent anti-stokes compositions and methods
US20070069180A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Trustees Of Princeton University Method for synthesizing phosphorescent oxide nanoparticles
JP4902183B2 (ja) * 2005-12-06 2012-03-21 日立マクセル株式会社 機能性赤外蛍光粒子
US7470466B2 (en) 2005-12-23 2008-12-30 Boston Scientific Scimed, Inc. Nanoparticle structures and composite materials comprising a silicon-containing compound having a chemical linker that forms a non-covalent bond with a polymer
US8455088B2 (en) * 2005-12-23 2013-06-04 Boston Scientific Scimed, Inc. Spun nanofiber, medical devices, and methods
JP2007230877A (ja) * 2006-02-27 2007-09-13 Keio Gijuku 発光標識試薬
JP5256455B2 (ja) * 2006-03-13 2013-08-07 国立大学法人京都大学 網目形成体が内部に析出したガラスとその製造方法
BRPI0708929A2 (pt) * 2006-03-29 2011-06-14 Koninkl Philips Electronics Nv mÉtodo para identificar uma regiço ou localizaÇço de interesse, e, sistema
JP4997457B2 (ja) * 2006-06-06 2012-08-08 学校法人東京理科大学 アップコンバージョン材料表面のポリマー被覆膜形成方法及びポリマー被覆アップコンバージョン材料
CN100451087C (zh) * 2006-12-01 2009-01-14 南开大学 稀土-主族元素三金属配合物型光致发光材料及其制备方法与应用
CA2589575A1 (en) * 2007-05-22 2008-11-22 Valorbec Societe En Commandite Lanthanide-doped nayf4 nanocrystals, method of preparing and uses thereof
US9072789B2 (en) * 2007-07-20 2015-07-07 The Trustees Of Princeton University Nano-particle surface modification
JP2009138081A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Tokyo Univ Of Science 微粒子分散溶液、当該微粒子分散溶液の製造方法、及びＬｎＯＸ−ＬｎＸ３複合体粒子の製造方法
US7894732B2 (en) * 2008-02-28 2011-02-22 Lexmark International, Inc. IR fluorescent toner compositions
US8105509B2 (en) * 2008-12-18 2012-01-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hot-pressed transparent ceramics and ceramic lasers
JP5614165B2 (ja) * 2010-08-17 2014-10-29 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド
CN102650788A (zh) * 2011-05-30 2012-08-29 京东方科技集团股份有限公司 一种电子纸显示器件及其显示方法
WO2013011984A1 (ja) * 2011-07-21 2013-01-24 国立大学法人名古屋大学 蛍光プローブ及びその製造方法
US9238773B2 (en) 2011-09-22 2016-01-19 Lawrence Livermore National Security, Llc Lutetium oxide-based transparent ceramic scintillators
CN102618257B (zh) * 2012-03-09 2014-01-29 浙江大学 一种上转换荧光纳米材料的表面包覆方法
US20140151913A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Corning Incorporated Cost effective y2o3 synthesis and related functional nanocomposites
CN103454423A (zh) * 2013-08-03 2013-12-18 河南百奥生物工程有限公司 用于新霉素定量检测的上转换荧光免疫层析试纸及制备方法
CN103351859B (zh) * 2013-08-05 2014-07-23 黑龙江大学 具有上转换发光功能的Ag/Y2O3:Yb3+/Er3+复合纳米管的制备方法
JP6397282B2 (ja) * 2013-09-11 2018-09-26 積水化学工業株式会社 ランタノイド含有酸化物微粒子の製造方法
JPWO2015046004A1 (ja) * 2013-09-25 2017-03-09 信越化学工業株式会社 赤外蛍光体
US20170082873A1 (en) * 2014-03-25 2017-03-23 Brown University High frequency light emission device
CN107849265A (zh) * 2015-05-14 2018-03-27 加州理工学院 使用上转换纳米颗粒和近红外(nir)光的光可调人工晶状体
US11866581B2 (en) 2019-09-09 2024-01-09 Xerox Corporation Particles comprising polyamides with in-backbone optical absorbers and related methods
US11859051B2 (en) 2019-09-09 2024-01-02 Xerox Corporation Polyamides with in-backbone optical absorbers and related methods

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4826685A (zh) * 1971-08-11 1973-04-07
US4497785A (en) * 1983-11-18 1985-02-05 Union Oil Company Of California Production of rare earth compounds
JPH03141115A (ja) 1989-10-26 1991-06-17 Chichibu Cement Co Ltd 酸化イットリウム微粉末の製造方法
DE4026242A1 (de) * 1990-08-18 1992-02-20 Speidel & Keller Kg Blutdruckmessgeraet
US5736410A (en) * 1992-09-14 1998-04-07 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques
US6159686A (en) * 1992-09-14 2000-12-12 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays
US5674698A (en) * 1992-09-14 1997-10-07 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques
US5698397A (en) * 1995-06-07 1997-12-16 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques
US6399397B1 (en) 1992-09-14 2002-06-04 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques
ATE463744T1 (de) * 1992-09-14 2010-04-15 Stanford Res Inst Int Hochkonvertierende reportermoleküle für biologische und andere testverfahren unter verwendung von laseranregungstechniken
DE69518769T2 (de) * 1994-07-01 2001-01-04 Sarnoff Corp Verfahren zur herstellung kleiner phosphorpartikel
US6132642A (en) * 1994-07-01 2000-10-17 Sarnoff Corporation Method of preparing small particle size phosphors
JP3522990B2 (ja) 1996-11-13 2004-04-26 信越化学工業株式会社 イットリア球状微粒子の製造方法
JP3427677B2 (ja) * 1997-06-04 2003-07-22 三菱マテリアル株式会社 耐湿性の改善された赤外励起発光体
JP4178224B2 (ja) 1998-03-31 2008-11-12 独立行政法人物質・材料研究機構 酸化イットリウム粉末の製造方法
JP2000212558A (ja) * 1999-01-20 2000-08-02 Sony Corp 蛍光体粒子及びその製造方法
US6699406B2 (en) * 1999-03-19 2004-03-02 Rutgers, The State University Rare earth doped host materials
JP2000319654A (ja) * 1999-05-12 2000-11-21 Sony Corp 蛍光体及びその製造方法
JP2001116699A (ja) * 1999-10-21 2001-04-27 Ngk Insulators Ltd 遺伝子診断方法
US6387339B1 (en) * 1999-11-11 2002-05-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare earth oxide particles and method for preparation thereof
US7008559B2 (en) * 2001-06-06 2006-03-07 Nomadics, Inc. Manganese doped upconversion luminescence nanoparticles
US7501092B2 (en) * 2001-06-06 2009-03-10 Nomadics, Inc. Manganese doped upconversion luminescence nanoparticles

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10537831B2 (en) 2004-07-29 2020-01-21 Triad National Security, Llc Ultrasonic analyte concentration and application in flow cytometry
US11287362B2 (en) 2007-12-19 2022-03-29 Triad National Security, Llc Particle analysis in an acoustic cytometer
US11287363B2 (en) 2007-12-19 2022-03-29 Triad National Security, Llc Particle analysis in an acoustic cytometer
CN104730245A (zh) * 2014-11-28 2015-06-24 威海纽普生物技术有限公司 D二聚体检测试剂盒及检测方法
CN111592885A (zh) * 2019-02-20 2020-08-28 福州大学 一种稀土掺杂氧化钪纳米材料及其制备方法和应用
CN111592885B (zh) * 2019-02-20 2021-07-06 福州大学 一种稀土掺杂氧化钪纳米材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN100357391C (zh) 2007-12-26
GB2396359A (en) 2004-06-23
US20050014283A1 (en) 2005-01-20
US7560284B2 (en) 2009-07-14
GB2396359B (en) 2005-12-28
US20080292520A1 (en) 2008-11-27
JP2004107612A (ja) 2004-04-08
WO2003074630A1 (fr) 2003-09-12
JP4526004B2 (ja) 2010-08-18
GB0409480D0 (en) 2004-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1612922A (zh) 含有稀土类元素的微粒和使用其的荧光探针
US20200150120A1 (en) Portable electronic device, system, and method for analyte detection
Gorris et al. Perspectives and challenges of photon-upconversion nanoparticles-Part II: bioanalytical applications
Corstjens et al. Infrared up-converting phosphors for bioassays
CN102134253B (zh) 光致发光纳米粒子及其制备方法与应用
CN1257408C (zh) 双光子吸收二吡咯亚甲基二氟化硼染料及其应用
US20060223197A1 (en) Method and apparatus for the detection of biological molecules
CN101056961A (zh) 水溶性荧光材料及其制备方法
WO2006119087A2 (en) Photoluminescent silica-based sensors and methods of use
CN1784600A (zh) 层析分析系统
CN1780895A (zh) 适于(f)ret－分析的芯/壳纳米粒子
JPWO2006009077A1 (ja) 蛍光検出方法
CN1643379A (zh) 具有可变的发射强度与发射频率的发光球形非自发光硅胶颗粒
WO2021109057A1 (zh) 长余辉发光有机微球、其制备方法和应用
CN1875080A (zh) 新型荧光微粒
KR101701885B1 (ko) 업컨버팅 나노입자 및 특이적 리셉터를 포함하는 당뇨병 진단용 복합체
US20080124806A1 (en) Fluorescent labeling reagent
Green et al. Optical investigation of gold shell enhanced 25 nm diameter upconverted fluorescence emission
CN1313564C (zh) 一种经过表面修饰活化的上转换发光材料
CN1566954A (zh) β－二酮－三价铕配合物纳米荧光探针及其制备和应用
Shi et al. Observing photophysical properties of quantum dots in air at the single molecule level: advantages in microarray applications
JP2004292599A (ja) アップコンバージョン蛍光体微粒子
JP2006117864A (ja) 蛍光体微粒子
GB2413334A (en) Method for manufacturing fine particles containing rare earth element
KR100878980B1 (ko) Ｄｎａ에 결합된 염료 수용체와 ｑｄ 공여체로 구성된신규한 ｆｒｅｔ 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071226

Termination date: 20140304