[发明专利]四氟钇钠/四氧化三铁/碳多功能纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料制备技术领域，尤其涉及多功能纳米材料及其制备方法。

背景技术

上转换荧光材料是一类可使用长波长光激发而发射短波长光的材料。其中，“近红外-可见光”型上转换纳米材料备受关注。这类材料可以在近红外的激发下，可发射多种颜色的可见光，在生物医学领域显示了广泛的应用前景，具有探测深度高、背景干扰小、灵敏度高等显著优点。目前，稀土掺杂的四氟钇钠（NaYF₄）被认为是效率最高的上转换纳米材料。纳米四氧化三铁（Fe₃O₄）具有超顺磁性、高磁化率、高生物相容性等特点，在生物分子分离、核磁共振成像（MRI）等领域已有广泛应用。如果将NaYF₄和Fe₃O₄纳米材料进行合理组合，使其多功能化，这种材料将在未来的生物领域中具有广泛的实用价值，例如材料可进行核磁-荧光双模式成像、生物分子的检测与分离同步进行等。

为了制备这种双功能材料，部分学者在前期已有一些探索。例如，李富友等以NaYF₄纳米晶为晶种，在其表面外延生长了Fe₃O₄壳层，但获得的材料是憎水的，需要进行后续的表面改性工作；严纯华等在大颗粒的NaYF₄纳米晶上使用双羧酸配体，可在其表面嫁接小Fe₃O₄纳米颗粒，但这种结构的化学稳定性不高；也有学者采用SiO₂包裹的方法，将两种纳米颗粒同时包裹在一个大SiO₂颗粒内，但其缺点是功能材料所占的成份低，材料结构不规则，不能实现均匀的包裹。

从化学合成的工艺来看，以上制备方法都是先分别在一定条件下制备两种功能材料，然后进行结合，制备的过程比较繁琐。另外，为了使材料能应用于生物体系中，材料往往需要进行后续的表面改性工作。由碳氢化合物水热生成的碳球或碳壳层，具有亲水性和高生物相容性，而且其表面具有丰富的羧基和羟基，可直接嫁接各类生物分子。如果能将其包裹在上转换/四氧化三铁材料表面，既可以稳定材料的核壳结构，又可使其表面功能化。因此，十分有必要开发一种制备上转换/四氧化三铁/碳核壳多功能纳米材料的，在获得上转换/四氧化三铁纳米材料的同时，使其表面具有亲水性、高生物相容性等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供四氟钇钠/四氧化三铁/碳多功能纳米材料及其制备方法，在制备的过程中一步实现四氧化三铁在上转换材料表面的包裹，且在其表面形成一个碳层，使材料具有亲水性和高生物相容性。

本发明的目的是这样实现的：

四氟钇钠/四氧化三铁/碳多功能纳米材料，其化学表达式为：NaYF₄:Yb,Er/Tm@Fe₃O₄@C；其中，“@”表示包覆。

四氟钇钠/四氧化三铁/碳多功能纳米材料的制备方法，依次包括以下步骤：

A.将NaYF₄:Yb,Er/Tm上转换荧光纳米颗粒，均匀分散到环己烷中；

B．将上转换荧光纳米颗粒的分散液与丙酮混合；

C.将二茂铁加入混合液中，充分搅拌；

D.待二茂铁溶解后，将混合液进行超声作用；

E.再将过氧化氢缓慢加入混合液中，搅拌均匀；

F.将混合液转移到以四氟乙烯为衬底的高压反应釜中，进行溶剂热反应；

G. 溶剂热反应结束后，自然冷却，离心清洗，即得到四氟钇钠/四氧化三铁/碳多功能纳米材料。

NaYF₄:Yb,Er/Tm上转换荧光纳米颗粒为非亲水性，只能溶于一些非极性溶剂，如苯、氯仿、环己烷等。考虑到进一步实验需要在丙酮中反应，而环己烷与丙酮可以互溶，所以将NaYF₄上转换荧光纳米颗粒溶解在环己烷中。另外，用高温油相法合成的NaYF₄上转换荧光纳米颗粒表面带有一些油酸分子，在环己烷、丙酮混合溶液中，二茂铁会吸附到油酸分子表面。在溶剂热的反应过程中，二茂铁首先被分解成铁原子和环戊二烯基，铁原子很快被氧化成四氧化三铁并附着在四氟钇钠表面，同时，环戊二烯基也被氧化并形成含碳大分子，这些含碳大分子最后聚合在四氧化三铁外形成碳壳层。