本發(fā)明屬于水凝膠復(fù)合發(fā)光材料及制備，尤其是含有稀土元素的復(fù)合發(fā)光材料及制備。

背景技術(shù)：

稀土銪配合物能發(fā)射出純正的紅色熒光，且具有較長的熒光壽命，發(fā)射光譜的位置受配體場的影響較小，該研究受到廣泛關(guān)注（cn104059093b、cn102796133a、cn104151368b、us7736620）。為了提高稀土銪配合物的機械及熱穩(wěn)定性，通常把稀土銪配合物摻雜到基質(zhì)材料中制備復(fù)合發(fā)光材料，選用的基質(zhì)材料一般為二氧化硅、二氧化鈦或高分子材料（cn103740358b、cn104725832a、cn100558853、us9522288），其缺點是生物相容性以及生物可降解性較差。武漢大學的張麗娜等人曾經(jīng)報道了把稀土熒光粉sral2o4:eu²⁺,dy³⁺摻雜到纖維素生物分子材料中，以期提高復(fù)合材料的生物相容性，所得到的稀土復(fù)合發(fā)光材料可作為潛在的生物成像材料（j.mater.chem.b,2014,2,7559）。所存在的缺點是：稀土發(fā)光中心與纖維素生物大分子之間只存在弱的分子間作用，提高摻雜濃度容易導(dǎo)致稀土發(fā)光中心團聚。另外，該類材料易發(fā)生熒光猝滅。把稀土銪配合物以共價鍵的方式連接到殼聚糖生物大分子骨架可以避免熒光猝滅的發(fā)生，但有關(guān)這方面的研究報道還不多見。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的旨在針對現(xiàn)有技術(shù)所存在問題，把具有良好紅色發(fā)光性能的稀土銪配合物與殼聚糖生物大分子以共價鍵結(jié)合，提供一種紅色發(fā)光復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用，為稀土化合物的應(yīng)用提供新途徑。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案包括：

（一）一種紅色發(fā)光水凝膠復(fù)合材料

該復(fù)合材料為chdp/eu，其中chdp為2，3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖，eu為稀土銪離子，稀土銪配合物以共價鍵方式與殼聚糖大分子網(wǎng)絡(luò)相連，形態(tài)為水凝膠，能發(fā)射出稀土銪離子的特征紅色熒光。

（二）制備上述紅色發(fā)光水凝膠復(fù)合材料的方法

包括以下步驟：

(1)將殼聚糖溶解在5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解；將2，3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，該溶液濃度為7.5%；

(2)在攪拌下將2，3-吡啶二甲酸酐溶解液滴加到殼聚糖溶解液中反應(yīng)5h，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7-8，加入飽和氯化鈉溶液，過濾，收集固體產(chǎn)物溶解在水中，透析，獲得2，3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp；

(3)將chdp溶解在去離子水中，得到chdp的透明溶液，滴加到濃度為0.05~0.2m的eucl3溶液中取得水凝膠小球，洗滌，得到紅色發(fā)光復(fù)合材料。

所述步驟（1）的殼聚糖的質(zhì)量百分比濃度為0.5~3%。

所述步驟（3）溶解在去離子水中的chdp質(zhì)量百分比濃度為1~6%。

（三）本發(fā)明的復(fù)合材料的應(yīng)用

以該復(fù)合材料作為生物成像的熒光材料。

本發(fā)明的有益效果是：

首先，本發(fā)明通過有機修飾，把含羧基的吡啶官能團引入到生物相容性良好的殼聚糖大分子中，擴大了殼聚糖的應(yīng)用范圍。

其次，與傳統(tǒng)物理摻雜的方式相比，本發(fā)明把稀土銪配合物以共價鍵方式連接到殼聚糖大分子的網(wǎng)絡(luò)骨架中，使稀土銪配合物均勻分布于大分子網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)中，避免了漏析和熒光猝滅現(xiàn)象。

第三，本發(fā)明的殼聚糖生物大分子中的2，3-吡啶二甲酸有機配體吸收紫外光，通過分子內(nèi)能量傳遞使稀土銪離子在268nm紫外光激發(fā)下得到發(fā)射光譜，最大發(fā)射峰在616nm處，為典型的稀土銪離子的純正紅色熒光發(fā)射峰，色純度很高。發(fā)出特征的紅色熒光，從而進一步擴大了稀土銪配合物的應(yīng)用范圍。

第四，在本發(fā)明的制備方法上：1）殼聚糖的修飾反應(yīng)簡單易行，產(chǎn)率較高；2）選用水為溶劑、在室溫常壓下進行，合成步驟簡單、廉價、環(huán)境友好；3）該方法適用面較廣，通過對殼聚糖進行不同的有機基團修飾，可實現(xiàn)與不同稀土離子共價鍵合的目的，制備顏色各異的發(fā)光材料。

第五，本發(fā)明的復(fù)合材料對大鼠胸主動脈內(nèi)皮細胞（raecs）存活率的影響無統(tǒng)計學差異，無毒性，具有良好的生物相容性，可以作為生物成像材料。

附圖說明

圖1為殼聚糖修飾后的紅外光譜圖。

圖2為殼聚糖修飾后的¹hnmr核磁共振圖。

圖3為殼聚糖修飾后的紫外光譜。

圖4為該發(fā)光水凝膠復(fù)合材料的形態(tài)圖。

圖5為該發(fā)光水凝膠復(fù)合材料在紫外燈照射下的圖

圖6為該發(fā)光水凝膠復(fù)合材料在616nm監(jiān)測下的激發(fā)光譜圖。

圖7為該發(fā)光水凝膠復(fù)合材料在268nm激發(fā)下的發(fā)射光譜圖。

圖8為該發(fā)光水凝膠經(jīng)過超臨界干燥后的掃描電鏡圖。

圖9為該發(fā)光水凝膠采用mtt法得到的細胞毒性圖。

具體實施方式

（一）制備該發(fā)光水凝膠復(fù)合材料

實施例1：

將0.5g殼聚糖加入到100ml5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解。

將2,3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，使其濃度為7.5%。在攪拌下將2,3-吡啶二甲酸酐的吡啶溶液逐滴加入到上述殼聚糖溶液中，反應(yīng)5h后，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7，加入飽和氯化鈉溶液，然后過濾。將過濾后的固體產(chǎn)物溶解在水中，放置于透析袋中透析48h,獲得2,3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp。將1.0gchdp溶解在100ml去離子水中，然后逐滴加入到50ml0.05mol/l的eucl3水溶液中，得透明狀水凝膠小球，充分水洗，得到發(fā)光水凝膠復(fù)合材料。

實施例2：

將1.0g殼聚糖加入到100ml5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解。

將2,3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，使其濃度為7.5%。在攪拌下將2,3-吡啶二甲酸酐的吡啶溶液逐滴加入到上述殼聚糖溶液中，反應(yīng)5h后，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7，加入飽和氯化鈉溶液，然后過濾。將過濾后的固體產(chǎn)物溶解在水中，放置于透析袋中透析48h,獲得2,3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp。將1.5gchdp溶解在100ml去離子水中，然后逐滴加入到50ml0.08mol/l的eucl3水溶液中，得透明狀水凝膠小球，充分水洗，得到發(fā)光水凝膠復(fù)合材料。

實施例3：

將1.5g殼聚糖加入到100ml5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解。

將2,3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，使其濃度為7.5%。在攪拌下將2,3-吡啶二甲酸酐的吡啶溶液逐滴加入到上述殼聚糖溶液中，反應(yīng)5h后，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7，加入飽和氯化鈉溶液，然后過濾。將過濾后的固體產(chǎn)物溶解在水中，放置于透析袋中透析48h,獲得2,3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp。將2.0gchdp溶解在100ml去離子水中，然后逐滴加入到50ml0.10mol/l的eucl3水溶液中，得透明狀水凝膠小球，充分水洗，得到發(fā)光水凝膠復(fù)合材料。

實施例4：

將3.0g殼聚糖加入到100ml5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解。

將2,3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，使其濃度為7.5%。在攪拌下將2,3-吡啶二甲酸酐的吡啶溶液逐滴加入到上述殼聚糖溶液中，反應(yīng)5h后，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7，加入飽和氯化鈉溶液，然后過濾。將過濾后的固體產(chǎn)物溶解在水中，放置于透析袋中透析48h,獲得2,3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp。將4.0gchdp溶解在100ml去離子水中，然后逐滴加入到50ml0.15mol/l的eucl3水溶液中，得透明狀水凝膠小球，充分水洗，得到發(fā)光水凝膠復(fù)合材料。

實施例5：

將2.0g殼聚糖加入到100ml5%的醋酸溶液中，攪拌至完全溶解。

將2,3-吡啶二甲酸酐溶解在吡啶中，使其濃度為7.5%。在攪拌下將2,3-吡啶二甲酸酐的吡啶溶液逐滴加入到上述殼聚糖溶液中，反應(yīng)5h后，用0.5m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至7，加入飽和氯化鈉溶液，然后過濾。將過濾后的固體產(chǎn)物溶解在水中，放置于透析袋中透析48h,獲得2,3-吡啶二甲酸酐修飾后的殼聚糖chdp。將6.0gchdp溶解在100ml去離子水中，然后逐滴加入到50ml0.15mol/l的eucl3水溶液中，得透明狀水凝膠小球，充分水洗，得到發(fā)光水凝膠復(fù)合材料。

(二)chdp的表征

圖1、2、3為2,3-吡啶二甲酸酐修飾后chdp的紅外光譜、¹hnmr核磁共振光譜以及紫外吸收光譜。紅外光譜中1646cm^-1的振動吸收可歸屬于修飾后3,4-吡啶二甲酸的羧基官能團的吸收峰。¹hnmr數(shù)據(jù)(400mhz,d2o)δ8.44(s,3h),7.80(d,j=45.0hz,3h),7.46(s,3h),4.74(s,10h),4.70(s,273h),4.18–2.99(m,28h),4.37–2.21(m,36h),4.18–2.21(m,34h),2.99–2.22(m,6h),1.92(t,j=63.0hz,4h),1.09(dt,j=14.2,7.1hz,9h),1.03(t,j=7.1hz,8h)表明所得到的化合物是目標產(chǎn)物。紫外光譜中270nm處的強吸收帶可歸屬于修飾后吡啶環(huán)引起的吸收峰。上述光譜圖證明殼聚糖大分子成功被2，3-吡啶二甲酸酐修飾。

（三）本發(fā)明復(fù)合材料在日光下和在紫外燈下的照片

圖4、5為該復(fù)合材料分別在日光下和在紫外燈照射下的照片，圖中可見，在日光下，復(fù)合材料呈白色水凝膠小球狀。在紫外燈照射下，復(fù)合材料發(fā)射出紅色熒光。

（四）本發(fā)明復(fù)合材料的熒光性能

圖6和圖7是復(fù)合材料的激發(fā)和發(fā)射光譜，從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，激發(fā)是通過吡啶二羧酸有機基團吸收紫外光，傳遞能量。在激發(fā)光譜中，沒有發(fā)現(xiàn)稀土銪離子的4f~4f躍遷，說明吡啶二羧酸基團與稀土銪離子形成了配合物，能量傳遞通過引入的吡啶二羧酸有機基團進行，傳遞效率較高。圖7是該復(fù)合材料在268nm激發(fā)下得到發(fā)射光譜，最大發(fā)射峰在616nm處，色純度高，是典型的稀土銪離子的紅色發(fā)射峰。圖7的發(fā)射光譜中，沒有發(fā)現(xiàn)有機配體的發(fā)射峰，進一步說明吡啶二羧酸基團和稀土銪離子形成了配位化合物，殼聚糖經(jīng)過吡啶二羧酸配體修飾后，與稀土離子形成了共價鍵合型的化合物，使稀土銪配合物穩(wěn)定地與殼聚糖大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，避免了熒光猝滅。

（五）本發(fā)明復(fù)合材料的形貌

為了測定復(fù)合材料的形貌，采用乙醇交換，獲得醇凝膠，然后通過二氧化碳超臨界干燥，獲得復(fù)合材料的樣品。圖8中，該小球的內(nèi)部呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，是一類良好的多孔發(fā)光材料。

(六)本發(fā)明復(fù)合材料的細胞毒性

圖9為該復(fù)合材料樣品對大鼠胸主動脈內(nèi)皮細胞（raecs）毒性作用測試的結(jié)果示意圖。實驗說明該水凝膠復(fù)合材料具有良好的生物相容性，可以應(yīng)用在生物醫(yī)療領(lǐng)域作為熒光成像材料，如熒光標記材料。

以上：

紅外光譜實驗使用brukertensor27完成。

紫外光譜實驗使用hitachiu-3010紫外光譜儀完成。

核磁共振光譜實驗使用brukerdrx-400核磁共振儀器完成。

電鏡測試使用feinova/nanosem-450場發(fā)射掃描電子顯微鏡完成。

熒光光譜實驗使用hitachif-4600熒光光譜儀完成。