[发明专利]上转换复合纳米材料及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备、纳米生物光子学研究领域，特别涉及上转换复合纳米材料及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，上转换发光纳米材料以其特殊的性能和广泛的用途成为研究的焦点，在固体激光、太阳能电池、光动力治疗、三维显示，特别是作为生物标记探针在荧光成像方面有很大的潜在应用价值。与传统的有机染料和半导体量子点相比，上转换发光纳米材料具有特殊的发光性质，即能吸收两个或多个低能光子而辐射一个高能光子，通常是将近红外光转换成可见光，而近红外光具有深的组织穿透性、对生物体损伤小、无自发荧光等优点，同时上转换纳米颗粒本身无毒性、无光漂白、易于转换为生物相容性。这些优点都决定了上转换纳米材料有很好的生物应用价值。

传统的上转换纳米材料大多是以Yb³⁺为敏化离子，所以激发光为980nm的激光，而水在980nm附近有很强的吸收。由于生物体都含有大量的水分，故此纳米材料在生物应用中有一定的弊端。近两年发现稀土离子Nd³⁺作为敏化剂,吸收波长为800nm，水对这一波长的吸收很弱，而且在生物体中也有很大的穿透深度，因此可以有很好的生物应用。且由于Nd³⁺比Yb³⁺有更大的吸收截面，故以Nd³⁺作为敏化剂的纳米颗粒有更高的发光效率，可以很好地应用到生物成像中。

目前，热疗法已有很久的历史，而结合纳米材料的光热治疗法是近几年才兴起，也只局限于金属纳米材料的应用，如纳米金和纳米银。但金属纳米材料在发热的同时发光效率低下，不适合同时进行发光和发热。最近的报道发现，稀土Nd³⁺掺杂的上转换纳米颗粒有很好的光热效应，在近红外光800nm的激光激发下，纳米颗粒的水溶液温度可达到50℃以上，而水几乎不吸收800nm的光。一般的，细胞环境温度升高至45℃时，蛋白质会变性并且细胞会逐渐衰弱，从而对细胞造成不可逆转的损害，将癌细胞杀死。而热效应同时也会使细胞对外界的辐射更加敏感，故热效应也对辐射治疗更加有效。

根据上面的表述，如何将Nd³⁺掺杂的上转换纳米颗粒的发光和发热效应结合起来，对未来癌症和肿瘤等重大疾病的早期诊断具有重大的科学意义和社会价值。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种上转换复合纳米材料，该材料同时具有发光和发热效应，不仅能够标记癌细胞还能够进行辐射治疗。

本发明的另一个目的在于提供上述上转换复合纳米材料的制备方法，该方法实现简单，易于操作，可控性强，能通过控制原料的用量合成不同粒径的颗粒。

本发明的另一个目的在于提供上述上转换复合纳米材料在制备诊断肿瘤制剂、在制备温度探测试剂、在制备治疗肿瘤药物、在生物成像中的用途。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种上转换复合纳米材料，本体为核壳结构，内核发热层为掺杂Nd³⁺的具有发热效应的纳米颗粒，发光层为上转换发光纳米层，内核发热层和发光层的激发光波长不同。内核发热层和发光层的激发光波长是由发光层的掺杂离子来确定。

具体的，所述内核发热层为NaYF₄:Nd³⁺，激发波长为800nm，直径为10-20nm；所述发光层为NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺，激发波长为980nm，厚度为5-15nm。

一种制备上述上转换复合纳米材料的方法，包括步骤：

(1)制备得掺杂Nd³⁺的具有发热效应的纳米颗粒，制备方法如下：

(1-1)配制一定量的稀土氯化物：分别称取一定量的氧化钇和氧化钕，加入过量的浓盐酸，在加热条件下溶解，完全溶解后将溶液蒸干，得到稀土氯化物；

(1-2)制备油酸稀土盐前驱体：加入油酸和1-十八烯，真空条件下加热到110℃-130℃，保持30-50分钟，得到前驱体，降温至75℃用于下一步反应；

(1-3)油浴法制备纳米颗粒：加入一定量的油酸钠和氟化铵，在氩气保护条件下加热到300℃-320℃，反应保持1小时20分钟，后冷却到75℃，加入无水乙醇沉淀纳米颗粒，离心后重复用无水乙醇清洗几次，得纳米颗粒，溶于有机溶剂，用于下一步反应；

(2)通过化学反应在步骤(1-3)的纳米颗粒上包覆上发光层，发光层制备方法如下：