[发明专利]水溶性稀土掺杂四氟钆钠荧光标记纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波多元醇化学方法合成技术的领域，特别是涉及一种稀土掺杂四氟钆钠多功能上转换荧光标记纳米晶及其制备方法。

背景技术

上转换材料[CN101550593A，CN101100604A]是一种由长波长激发发出短波长光的发光材料，即将低能光子转换成高能光子的材料。上转换发光成像使用的是近红外(如980nm)连续激光激发，具有相对较低的组织吸收和散射，而且生物体内的内源性荧光物质和下转换发光探针均不能被980nm连续激光激发，上转换发光成像可以完全消除生物背景荧光，以稀土上转换纳米晶为探针的上转换发光成像技术对生物成像非常有利。另外，稀土掺杂氟化物纳米晶具有较低的声子能量，低毒性，化学稳定性好，Stokes位移大且发射峰窄和强并具有较长的荧光寿命，组织穿透深度深和红外激发容易的优点，因此在氧化物，硫化物，磷化物等基质中脱颖而出，被广泛的应用于生物标记，医学成像，分析检测，临床治疗等相关的前沿热点领域。

在众多氟化物基质中，四氟钆钠(NaGdF₄)[CN102140344A，CN102191061A，CN101862463A]不仅可以通过掺杂不同的稀土离子调控出从可见到近红外一系列不同颜色的光，而且是具有高空间分辨率的核磁共振响应的磁性材料。钆离子(Gd³⁺)具有较大的能级间隔，常作为一种敏化离子而实现其它稀土离子的下转化发光；还可以通过敏化离子镱(Yb³⁺)和上转换稀土离子(Er³⁺，Tm³⁺，Ho³⁺)的双掺或三掺，在NaGdF₄基质中实现高效的稀土离子上转换发光；而且由于钆离子具有良好的磁性能，使得稀土掺杂NaGdF₄纳米材料可以作为一种有效的磁响应剂，在核磁共振生物成像等领域也有着潜在的应用价值。故而，稀土掺杂的NaGdF₄纳米晶有望成为一种集上转换、下转换发光和磁性能于一身的多功能生物标记纳米材料能广泛应用于生物标记和生物活体实验中。

应用于生物荧光标记的纳米材料，需要纳米粒子的粒径分布均匀且尽量的小，发光效率高，具有生物兼容性。颗粒的尺寸太大，与生物大分子结合时，很容易影响到生物分子的动力学行为，降低了探测极限。因此合成分散性好，粒径小并且均匀，水溶性的上转换NaGdF₄纳米晶对具有优良特性的新型荧光生物探针无疑具有重要意义。目前制备NaGdF₄纳米颗粒的方法有水热法，微乳液法，离子交换法，醇水溶液法和高温固相氧化还原法等。这些方法操作繁杂，温度等试验条件要求苛刻，且得到纳米粒子尺寸不均匀直接影响发光性能及其应用。其中，陈学元课题组[Adv.Mater.2010，22，3266-3271]采用一种独特的设计思路，将Tm³⁺、Yb³⁺和Eu³⁺分别掺入到NaGdF₄纳米晶的内核和壳层中，首次在单分散的六方相NaGdF₄纳米晶中实现了Eu³⁺的双模式发光。借助于内核中Tm³⁺和Yb³⁺的双敏化作用和核壳结构的优点，在980nm的近红外光照射下，实现了高效的Eu³⁺的红色上转换发光。同时，在273nm紫外光的照射下，能够获得强的Eu³⁺红色下转换发光。但是，由于选择油酸和十八烯的油相的化学反应环境，体系需要较高的热分解温度，为了进一步的生物应用，产物还需要集团交换以至于油相转水相的纳米晶表面修饰。

因此，直接水溶性，上转换发光强度高，分散均匀且粒径小的六方相NaGdF₄多功能上荧光标记纳米晶的合成还需要深入研究，对多功能生物标记技术的发展具有重大的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对背景技术中存在的不足，提供一种分散优良、高水溶性稀土掺杂四氟钆钠多功能上转换荧光标记纳米晶及其微波合成制备方法，可以解决现有制备方法中粒子结晶不好及荧光强度弱，溶剂中单分散性差，生物兼容性低等方面存在的问题。