一种可降解白色和近红外二区双模发光纳米晶、制备方法及其应用

技术领域

本申请纳米晶制备技术领域，尤其涉及一种可降解白色和近红外二区双模发光纳米晶、制备方法及其应用。

背景技术

镧系掺杂无机发光纳米粒子(LDNPs)作为深层组织穿透荧光诊断和治疗试剂的应用在过去几年吸引了很多研究者。这些镧系掺杂无机发光纳米粒子(LDNPs)利用某些特定镧系离子(如Er

第二近红外窗口(NIR-II,1000-1700nm)的荧光成像，由于光子吸收和散射极小，组织自身荧光可以忽略，相比传统的近红外(NIR-I,700-900nm)荧光成像，其前所未有的组织穿透和空间分辨率得到了很大的探索。作为NIR-II窗口下荧光成像的优秀候选材料，稀土掺杂下移纳米粒子(DSNPs)具有清晰的发射波段、较大的斯托克斯位移、无光漂白和较长的荧光寿命等优异的光学特性。事实上，由于NIR-II发射LDNPs的构建，NIR-II生物成像取得了一些进展。例如，有一些文献报道了Yb/Ce/Er或Ce/Er共掺杂纳米颗粒用于NIR-II生物传感或生物成像的利用。然而，Ce的高掺杂含量不可避免地会造成基体晶格缺陷，降低总发射强度。并且由于单模态成像技术存在固有的缺点，无法提供全面的病变信息，难以获得准确的疾病诊断，所以对于稀土发光纳米晶，为了实现高效的癌症诊疗及其他相关功能，同时赋予其上转换和下转换近红外双模式发光性能具有重要意义。

在生物应用方面，研究者们希望稀土上转换纳米晶体在体内发挥完诊疗功能后能够降解成容易清除的无害产物，进而在合理的时间内从生物体内被无害地排出。不过，目前所研发的稀土上转换纳米晶体的特点是“刚性”和生理惰性，这使得它们无法在体内降解，尤其是在相对温和的生理微环境。即使在表面包裹了水溶性功能配体，这类稀土上转换纳米晶体仍会积累在重要器官中，从而对生物体造成损害，如肝脏和脾脏坏死。尽管稀土上转换纳米晶体具有多种生物应用的巨大潜力，但这种困境已经成为其临床应用的最大障碍之一。

综上，制备以近红外光作为激发光源，具备较强白色和近红外二区双模发光和生物可降解性的稀土氟化物纳米晶的方案或路径还没有被报道过。

发明内容

本申请提供了一种可降解白色和近红外二区双模发光纳米晶、制备方法及其应用，以解决现有技术问题。

第一方面，本申请提供了一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

S1，采用稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和三氟乙酸溶液反应后得到稀土金属镱、铒、铈和铥的三氟乙酸盐；

S2，利用步骤S1中制得的稀土金属镱、铒和铈的三氟乙酸盐和醋酸锆固体为原料，采用高温溶剂热法制备核纳米晶Na

S3，将Ca(CF

S4，将Ca(CF

进一步的，步骤S1中具体包括：

在室温下，分别取10mmol～30mmol稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和60mmol～180mmol三氟乙酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10mL～20mL蒸馏水并继续反应0.5h～1h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在60℃～100℃中加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐。

进一步的，步骤S1和步骤S2之间还包括：

将浓度为15％～16％的醋酸锆溶液缓慢加热，至溶液表面有醋酸锆晶体析出，转移至60℃～80℃的烘箱烘干，得到固体粉末醋酸锆。

进一步的，步骤S2主要包括：

称取物质的量分数分别为75％醋酸锆、20％三氟乙酸镱、2％三氟乙酸铒和3％三氟乙酸铈于反应烧瓶中，加入体积比为1:2的油酸和十八烯形成溶液A；将所述溶液A在真空状态下加热至120℃～140℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持20min～40min，然后升温至150℃～160℃，保持20min～40min，随后冷却降至40～50℃备用；将10～15mL溶有稀土三氟乙酸盐前驱体物质的量2～4倍的氢氧化钠和3～6倍氟化铵的甲醇溶液加入反应之后的所述溶液A并继续搅拌30～45min，随后在搅拌、抽真空状态下将反应体系加热至120～140℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持20～40min，然后再次升温至240～260℃保持40～60min，随后自然冷却降至室温，得到核纳米晶Na

进一步的，步骤S3主要包括：

按物质的量分数计算，将79.5％的Ca(CF

更进一步的，所述核纳米晶的物质的量与Ca(CF

进一步的，步骤S4主要包括：

按照物质的量分数计，将97％的Ca(CF

Na

更进一步的，所述核壳纳米晶的物质的量与Ca(CF

第二方面，本发明提供了一种采用第一方面中所述的白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶的制备方法制得的核-壳-壳纳米晶，化学表达式为：Na

第三方面，本发明提供了第二方面中提供的白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶在制备生物成像探针或制备药物载体上的应用。

本发明提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供了一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶、制备方法及应用，采用高温溶剂热法和外延生长法制备纳米晶Na

本发明在第一层CaF

本发明中的制备方法合成路线操作简单易行、粒径分布均匀、产物纯度高，且绿色环保，通过不同稀土元素掺杂、构建核壳结构赋予纳米晶较强的白色和近红外二区荧光，近红外荧光使得其可以作为潜在的光学成像造影剂，而白光发射使得制备的纳米晶可以作为纳米能量“转换器”而应用于光触发治疗。

此外，本发明产品的生物降解性能使稀土上转换纳米晶在发挥完体内的诊疗功能后可生物降解为无害产物，并可从体内代谢出去，而CaF

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1中采用高温溶剂热法制备的核纳米晶的透射电子显微镜图片；

图2是实施例1中采用外延生长法连续包覆制备的核-壳-壳纳米晶的透射电子显微镜图片；

图3是实施例1中得到的核纳米晶与核-壳-壳纳米晶的X射线衍射图谱及四方晶相Na

图4是实施例1中得到的核-壳-壳纳米晶在PBS(pH＝5.5)中降解十二小时后的透射电子显微镜图片；

图5是采用980nm激光激发的实施例1中的核纳米晶及核-壳-壳纳米晶的上转换发射光谱图；

图6是采用980nm激光激发的实施例1中的核-壳-壳纳米晶的上转换发光照片；

图7是采用980nm激光激发的实施例1中的核纳米晶及核-壳-壳纳米晶的下转换发射光谱图。

图8是实施例1中制得的核-壳-壳结构纳米晶进行上转换发射光谱对应的色坐标图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

S1，采用稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和三氟乙酸溶液反应后得到稀土金属镱、铒、铈和铥的三氟乙酸盐；

S2，利用步骤S1中制得的稀土金属镱、铒和铈的三氟乙酸盐和醋酸锆固体为原料，采用高温溶剂热法制备核纳米晶Na

S3，将Ca(CF

S4，将Ca(CF

进一步的，步骤S1中具体包括：

在室温下，分别取10mmol～30mmol稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和60mmol～180mmol三氟乙酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10mL～20mL蒸馏水并继续反应0.5h～1h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在60℃～100℃中加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐。

在一些实施方式中，步骤S1和步骤S2之间还包括：

将浓度为15％～16％的醋酸锆溶液缓慢加热，至溶液表面有醋酸锆晶体析出，转移至60℃～80℃的烘箱烘干，得到固体粉末醋酸锆。

在一些实施方式中，步骤S2主要包括：

称取物质的量分数分别为75％醋酸锆、20％三氟乙酸镱、2％三氟乙酸铒和3％三氟乙酸铈于反应烧瓶中，加入体积比为1:2的油酸和十八烯形成溶液A；将所述溶液A在真空状态下加热至120℃～140℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持20min～40min，然后升温至150℃～160℃，保持20min～40min，随后冷却降至40～50℃备用；将10～15mL溶有稀土三氟乙酸盐前驱体物质的量2～4倍的氢氧化钠和3～6倍氟化铵的甲醇溶液加入反应之后的所述溶液A并继续搅拌30～45min，随后在搅拌、抽真空状态下将反应体系加热至120～140℃，待不再有气泡产生，关闭真空装置，通氮气保持20～40min，然后再次升温至240～260℃保持40～60min，随后自然冷却降至室温，得到核纳米晶Na

在一些实施方式中，步骤S3主要包括：

按物质的量分数计算，将79.5％的Ca(CF

在一些实施方式中，所述核纳米晶的物质的量与Ca(CF

在一些实施方式中，步骤S4主要包括：

按照物质的量分数计，将97％的Ca(CF

在一些实施方式中年，所述核壳纳米晶的物质的量与Ca(CF

第二方面，本发明提供了一种采用第一方面中所述的白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶的制备方法制得的核-壳-壳纳米晶，化学表达式为：Na

第三方面，本发明提供了第二方面中提供的白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶在制备生物成像探针或制备药物载体上的应用。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1：

本实施例提供了一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶，制备方法包括以下步骤：

(1)分别合成稀土金属元素镱、铒、铈和铥的三氟乙酸盐及醋酸锆：在室温下，分别取10mmol稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和60mmol三氟乙酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10mL蒸馏水并继续反应0.5h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在80℃加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐；将20mL浓度为15％～16％的醋酸锆溶液缓慢加热，至溶液表面有醋酸锆晶体析出，转移至60℃的烘箱烘干，得到固体粉末醋酸锆。

(2)采用高温溶剂热法制备核纳米晶Na

(3)采用包覆法制备核壳纳米晶Na

(4)采用包覆法制备核-壳-壳纳米晶Na

对得到的核纳米晶与核-壳-壳纳米晶分别进行了X射线衍射实验，其结果如图3所示，结果表明，核纳米晶与核-壳-壳纳米晶的每个X射线衍射峰与Na

实施例2：

本实施例提供了一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶，其制备方法包括以下步骤：

(1)分别合成稀土金属元素镱、铒、铈和铥的三氟乙酸盐及醋酸锆：在室温下，分别取30mmol稀土金属镱、铒、铈和铥的氧化物和180mmol三氟乙酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入15mL蒸馏水并继续反应1h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在80℃加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐；将30mL浓度为15％～16％的醋酸锆溶液缓慢加热，至溶液表面有醋酸锆晶体析出，转移至50℃的烘箱烘干，得到固体粉末醋酸锆。

(2)采用高温溶剂热法制备Na

(3)采用包覆法制备核壳纳米晶Na

(4)采用包覆法制备核壳壳纳米晶

Na

需要说明的是，本发明提供的是一种白色和近红外二区双模发光可降解纳米晶，采用的方法简单易行，所生成的发光纳米晶分散性好，粒径分布均匀，粒径小、且绿色环保；核内镱离子作为敏化剂捕获980nm光子，由于铈和铒之间独特的交叉驰豫效应，当镱将能量传递给激活剂铒离子之后，铒的近红外二区光能级上光子迅速累积，同时铒的红光和绿光能级上光子急剧减少，并且当铈的掺杂浓度为3％时近红外二区发射最强。尺寸较小的内核有利于提高这种交叉驰豫的发生概率。在第一层CaF

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。