近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法。該核殼結(jié)構(gòu)納米粒子為以稀土化合物Na(Y1.5Na0.5)F6:r%Nd為內(nèi)核，以NaDyF4為外殼所組成的納米晶體Na(Y1.5Na0.5)F6:r%Nd@NaDyF4,其中，r=5；該納米晶體具有六方相結(jié)構(gòu)，納米晶體的平均粒徑為12～15 nm，其中內(nèi)核的平均粒徑為10～13 nm。本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的粒徑和形狀分布均勻、粒徑小（12~15 nm）、分散性好、毒性較小。在生物組織中的穿透性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)生物組織的活體發(fā)光成像?？赏瑫r(shí)獲取具有較高的對(duì)比度的生物組織的磁共振成像（MR）。用一種成像試劑，實(shí)現(xiàn)雙模式生物活體成像，獲取更多生物組織信息。該核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的穩(wěn)定性非常好，可在4℃冰箱內(nèi)儲(chǔ)存6個(gè)月以上。
【專利說(shuō)明】
近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明具體涉及一種高效的808 nm激光激發(fā)下發(fā)出近紅外光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]由于稀土元素離子受到外層5s和5p軌道的屏蔽作用，使稀土離子的/能級(jí)受配體環(huán)境的影響很小，并具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使稀土離子的發(fā)射光譜展現(xiàn)其獨(dú)特的類線性光譜特性，并且發(fā)射峰的波長(zhǎng)一般變化不大。稀土離子的4/軌道常含有I?14個(gè)未成對(duì)的電子，比d區(qū)過(guò)渡金屬離子具有更強(qiáng)的順磁性能。因此稀土發(fā)光納米粒子可用于多功能的生物標(biāo)記，以獲取更多的生物組織信息。傳統(tǒng)的稀土下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子，多以Eu3+、Tb3+、Sm3+、Dy3+離子為主要敏化稀土離子，激發(fā)在紫外-可見(jiàn)區(qū)，發(fā)射多在可見(jiàn)區(qū)。由于紫外和可見(jiàn)區(qū)的光一般不能穿透生物組織內(nèi)部，因此這類稀土發(fā)光材料不能用于生物組織的活體成像分析。紫外光對(duì)生物分子的長(zhǎng)期輻射可引起生物分子的損傷甚至死亡;在紫外光激發(fā)下生物組織存在顯著的自激發(fā)熒光從而造成背景干擾。近紅外第一窗口(NIR I，650 - 900 nm)和近紅外第二窗口(NIR II，1000 - 1700 nm)被證明為“生物透明窗口”，其NIR II的穿透深度可達(dá)生物組織約3 cm。激發(fā)光和發(fā)射光均位于這兩個(gè)區(qū)間的發(fā)光標(biāo)記材料，生物組織對(duì)光的吸收、散射、及其自熒光現(xiàn)象等將極大地降低，光的穿透深度較深，有助于實(shí)現(xiàn)生物組織的活體成像。因此，設(shè)計(jì)合成激發(fā)和發(fā)射光分別位于NIR I和NIR II區(qū)域、發(fā)光效率較高的稀土發(fā)光納米粒子具有重要的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提供一種近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。
[0004]本發(fā)明的目的之二在于提供這種核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，其特征在于該核殼結(jié)構(gòu)納米粒子為以稀土化合物Na (Y1.sNa0.5) F6: r%Nd為內(nèi)核，以NaDyF4為外殼所組成的納米晶體Na (Y1.5Na0.5) F6: r%NdiNaDyF4，其中r =5;該納米晶體具有六方相結(jié)構(gòu)，納米晶體的平均粒徑為12?15 nm，其中內(nèi)核的平均粒徑為10?13 nm。
[0006]上述核殼納米粒子為平均粒徑為10?15 nm的球形核殼結(jié)構(gòu)。
[0007]—種制備上述的近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.將稀土離子的可溶性鹽溶于油酸與1-十八烯(兩者的容量比為6:15)形成透明澄清溶液中，再加入氫氧化鈉和氟化銨的甲醇混合溶液，每克稀土離子的可溶性鹽中加入0.09?0.12 g的氫氧化鈉和0.135?0.155 g的氟化銨，攪拌下，在250?300°C反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)，加入乙醇再分離出其中的固態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌后分散在有機(jī)極性溶劑中，獲得Na(Y1.5Na0.5)F6: r%Nd 內(nèi)核納米晶體； b.將三氟乙酸鈉和可溶性鏑鹽溶于油酸與1-十八烯的混合溶液中，然后加入步驟a所得的內(nèi)核納米晶體，其中三氟乙酸鈉、可溶性鏑鹽與步驟a所得的內(nèi)核納米晶體的摩爾比為1:1:1至3:1:1，加入氟化銨的甲醇溶液，在260?300 °C反應(yīng)I?3小時(shí)，加入乙醇分離出固態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)多次洗滌后獲得所述核殼結(jié)構(gòu)的納米晶體Na (Y1.sNa0.5) F6: r%NdiNaDyF4;所述的氟化錢(qián)與三氟乙酸鈉的質(zhì)量比為1:460。
[0008]本發(fā)明合成方法的特點(diǎn)為:
1.合成方法簡(jiǎn)單便捷，易操作。
[0009]2.設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備。
[0010]3.納米粒子的粒徑分布均勻，分散性好，毒性低。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1Na(Y1.5Na0.5)F6:Nd納米晶體與Na(Y1.5Na0.5)F6:Nd_aDyF4納米晶體在808 nm激光激發(fā)下的發(fā)光光譜。
[0012]圖2似(丫1.5他().5汗6:則內(nèi)核(2&)和他(￥1.5他().5)卩6:制_&07卩4核殼結(jié)構(gòu)(213)的納米晶體的透射電子顯微鏡照片。
[0013]圖3 Na(YL5Natx5)F6 = Nd納米晶體的XRD衍射圖譜。
[0014]圖4Na(Y1.5Na0.5)F6:Nd觀aDyF4納米晶體的XRD衍射圖譜。
[0015]圖5 Na(YL5Natx5)F6 = Nd觀aDyF4納米晶體的能量色散X射線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一:Na(Y1.5Na0.5)F6: Nd內(nèi)核納米晶體的制備方法。
[0017]具體的講，將0.95 mmol氯酸乾與0.05 mmol氯酸釹加入到6 mL油酸與15 mLl-十八烯組成的混合溶劑中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于130°C反應(yīng)I小時(shí)后形成澄清透明溶液。冷卻后再緩慢加入含有質(zhì)量為0.09 g氫氧化鈉和0.135 g氟化銨的10 mL甲醇溶液，充分?jǐn)嚢瑁獨(dú)獗Ｗo(hù)下，270°C繼續(xù)反應(yīng)I小時(shí)。冷卻至室溫，將混合溶液用乙醇稀釋后離心分離，用去離子水和乙醇多次洗滌后，120-140 °C烘干，S卩得Na (Y1.sNa0.5) F6: Nd納米晶體。
[0018]XRD圖譜表明，這種材料為六方相結(jié)構(gòu)，其組成為Na(YL5NatL5)F6 = Nd(圖3)。透射電子顯微鏡觀察表明，內(nèi)核粒子為均勻的球形納米粒子，平均粒徑為10?13 nm(圖2)。
[0019]Nd3+在798 nm和802 nm有較強(qiáng)的躍迀吸收，可以與市場(chǎng)上技術(shù)成熟且價(jià)格便宜的800 nm半導(dǎo)體激光器相匹配，使該材料應(yīng)用于近紅外成像時(shí)大大降低成像儀器的使用成本，為近紅外成像的廣泛應(yīng)用成為可能。800 nm的激發(fā)光位于NIR I窗口，對(duì)生物組織具有較好穿透能力，易于生物組織的活體成像。Nd3+的躍迀吸收的能量直接轉(zhuǎn)化Nd3+的/-/躍迀發(fā)射光能量，使其發(fā)光效率較高。稀土氟化物的聲子振動(dòng)能量較低，減小了材料的振動(dòng)淬滅過(guò)程，使材料的發(fā)光效率較高。其最強(qiáng)發(fā)射峰(1058 nm)位于NIR II窗口，對(duì)生物組織的穿透性更好，從而可以更好實(shí)現(xiàn)生物組織的活體成像(參考文獻(xiàn):I.NatureMaterials, 2016， 15: 235-242.2.ACS Nano, 2015， 9(12): 12255-12263.)。
[0020]實(shí)施例二:核殼結(jié)構(gòu)他(￥1.5他0.5$6:制@NaDyF4納米粒子的制備方法。
[0021 ] 將6 mL油酸、15 mLl-十八稀、0.8 mmol三氟乙酸鈉和0.8 mmol三氟乙酸鏑混合均勻，然后加入0.8 mmol在實(shí)施例一中所得的Na(YL5NatL5)F6 = Nd內(nèi)核納米晶體，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在280°C溫度下反應(yīng)I小時(shí)，冷卻至室溫。將混合溶液用乙醇稀釋后離心分離，用去離子水和乙醇多次洗滌后，120-1400C烘干，即得Na(Y1.sNa0.5)F6:Nd觀aDyF4核殼結(jié)構(gòu)的納米晶體。
[0022]XRD圖譜表明，核殼結(jié)構(gòu)Na(Y1.5 Na0.5)F6:Nd_aDyF4的衍射峰與六方相結(jié)構(gòu)的NaDyF4的XRD衍射峰一致(圖4)，也與六方相結(jié)構(gòu)的Na(Y1.5 Na0.5)F6:Nd的衍射峰基本一致。同核的晶格結(jié)構(gòu)與殼層的結(jié)構(gòu)保持一致，使核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子更加穩(wěn)定。透射電子顯微鏡觀察表明，核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子為均勻的球形納米粒子，平均粒徑為12?15 nm。在包覆NaDyF4外殼后，核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子的形貌與內(nèi)核Na(Y1.5Na0.5)F6: Nd的形貌一致，只是平均粒徑增大2 nm。由于內(nèi)核晶體與殼層的結(jié)構(gòu)基本一致，它們的晶格常數(shù)相近，所以從TEM中看不出明顯的邊界(圖2)。這種核殼納米粒子的元素含量用能量色散X射線光譜分析測(cè)定(EDXA)，證實(shí)了所合成的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子含有Y，Nd, Dy等元素(圖5)。
[0023]NaDyF4殼層削除了內(nèi)核粒子表面的缺陷，使內(nèi)核粒子的發(fā)光強(qiáng)度增大了18%，同時(shí)NaDyF4具有較強(qiáng)的順磁性能，核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子可同時(shí)獲得發(fā)光成像和對(duì)比度較高的磁共振成像，可以用一種成像試劑實(shí)現(xiàn)雙模式的生物組織活體成像，獲取更多生物組織信息。
[0024]本發(fā)明材料的主要優(yōu)點(diǎn)有:
1.該近紅外下轉(zhuǎn)換核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的粒徑和形狀分布均勾、粒徑小(12?15 nm)、分散性好、毒性較小。
[0025]2.在近紅外窗口 I激發(fā)(790 nm?810 nm)可與價(jià)格便宜且技術(shù)成熟的800 nm半導(dǎo)體激光器相匹配，使近紅外發(fā)光成像的儀器使用成本明顯降低。
[0026]3.在近紅外窗口 I激發(fā)，近紅外窗口 II發(fā)光成像(最強(qiáng)發(fā)射峰位于1058 nm),在生物組織中的穿透性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)生物組織的活體發(fā)光成像。
[0027]4.NaDyF4殼層使內(nèi)核Na(YuNat).5)F6:r%Nd的發(fā)光強(qiáng)度提高了 18%，同時(shí)，NaDyF4殼使該納米粒子具有較強(qiáng)的順磁性能，使該納米粒子可同時(shí)獲取具有較高的對(duì)比度的生物組織的磁共振成像(MR)。用一種成像試劑，實(shí)現(xiàn)雙模式生物活體成像，獲取更多生物組織信息。
[0028]5.核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的穩(wěn)定性非常好，可在4°C冰箱內(nèi)儲(chǔ)存6個(gè)月以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，其特征在于該核殼結(jié)構(gòu)納米粒子為以稀土化合物Na (Y1.5Na0.5) F6: r%Nd為內(nèi)核，以NaDyF4為外殼所組成的納米晶體Na (Y1.5NaQ.5) F6: r%NdiNaDyF4，其中r =5;該納米晶體具有六方相結(jié)構(gòu)，納米晶體的平均粒徑為12?15 nm，其中內(nèi)核的平均粒徑為10?13 nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述位于近紅外窗口II的下轉(zhuǎn)換發(fā)光核殼納米晶體粒子，其特征在于，所述核殼納米粒子為平均粒徑為1?15 nm的球形核殼結(jié)構(gòu)。3.—種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的近紅外發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.將稀土離子的可溶性鹽溶于油酸與1-十八烯(兩者的容量比為6:15)形成透明澄清溶液中，再加入氫氧化鈉和氟化銨的甲醇混合溶液，每克稀土離子的可溶性鹽中加入0.09?0.12 g的氫氧化鈉和0.135?0.155 g的氟化銨，攪拌下，在250?300°C反應(yīng)0.5?1.5小時(shí)，加入乙醇再分離出其中的固態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌后分散在有機(jī)極性溶劑中，獲得Na(Y1.5Na0.5)F6: r%Nd 內(nèi)核納米晶體； b.將三氟乙酸鈉和可溶性鏑鹽溶于油酸與1-十八烯的混合溶液中，然后加入步驟a所得的內(nèi)核納米晶體，其中三氟乙酸鈉、可溶性鏑鹽與步驟a所得的內(nèi)核納米晶體的摩爾比為1:1:1至3:1:1，加入氟化銨的甲醇溶液，在260?300 °C反應(yīng)I?3小時(shí)，加入乙醇分離出固態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)多次洗滌后獲得所述核殼結(jié)構(gòu)的納米晶體Na (Y1.sNa0.5) F6: r%NdiNaDyF4，所述的氟化錢(qián)與三氟乙酸鈉的質(zhì)量比為1:460。
【文檔編號(hào)】C09K11/02GK106085435SQ201610478363
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】胡慧珊, 安保禮, 王新, 皇亞楠
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)