[发明专利]一种PAMAM修饰的水溶性上转换纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PAMAM修饰的水溶性上转换纳米颗粒及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

稀土上转换发光材料Up-conversion（UC）是一种在近红外光激发下发出可见光的发光材料，即可通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射。这种材料发光违背Stokes定律，因此又被称为反Stokes定律发光材料。UC发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁。发光过程可以分为三步：①基质晶格吸收激发能；②基质晶格将吸收的激发能传递给激发离子，使其激发；③被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。上转换过程主要有激发态吸收、能量传递、直接双光子吸收和光子雪崩四种形式。

稀土发光材料主要有基质材料、激活剂（发光中心）、共激活剂和敏化剂等组成。上转换发光的效率在很大程度上取决于上转换的基质材料。基质材料本身不发光，但能为激活离子提供合适的晶体场，使其产生合适的发射。基质材料的选择一般要求具有与掺杂离子相匹配的晶格、较好的化学稳定性和较低的晶格振动声子能量等。根据基质材料组分的不同，可以将上转换发光材料的基质主要分为氧化物、卤化物和硫化物等。YF₃、LaF₃、NaYF₄和 LiYF₄等材料都是非常好的基质，在近红外光激发下发射出可见光甚至是紫外光。

上转换发光纳米材料（UCNPs）具有高的化学稳定性、优异的光稳定性、窄带隙发射，在近红外激光激发下具有较强的组织穿透能力、对生物组织无损伤、无背景荧光的干扰，在生物医学等方面有着广泛的应用，如生物成像、生物检测、多模态成像、癌症光动力治疗、载药等。此外，除了在上述生物领域的应用广受关注之外，在非生物领域（如光信息存储、3D 显示、安全防伪及太阳能电池等）也有着很好的应用前景。

到目前为止，合成UCNPs的方法主要有沉淀/共沉淀法，水热/溶剂热法，热裂解法，溶胶-凝胶法和自蔓延燃烧法等。但是这些方法大多获得油溶性的UCNPs，其水溶性和生物相容性差，限制了其在生物医学等领域的应用，故需要在合成纳米颗粒之后对其表面进行修饰。常用的表面修饰的方法主要有表面钝化、表面配体氧化法、表面配体交换法、聚合物包裹法、二氧化硅包覆法、静电吸引层层组装包覆法(LBL)等。同时为了进一步将UCNPs应用于成像中，对UCNPs表面功能化是必要的步骤。目前，UCNPs表面往往含有-COOH，-NH₂或MA，然后可以进一步链接生物分子，如叶酸、肽、蛋白、DNA等。例如中国发明专利CN201310153965.X以高发光强度的油酸修饰的NaYF4:Yb/Er上转换纳米粒子为基础，在pH3-5的酸性环境中，用溶剂萃取的方法将NaYF4:Yb/Er上转换纳米粒子表面的油酸除去，再用氨基酸对去除了油酸的稀土上转换纳米粒子进行功能化，得到水溶性的稀土上转换发光纳米粒子。

聚酰胺-胺（polyamidoamine，PAMAM）树状大分子是一类球形有序的、树突状的聚合物，并具有多分支中心的高度支化结构。聚酰胺-胺（PAMAM）树状分子的结构特点使其具有良好的相容性、低的熔体粘度和溶液粘度、独特的流体力学性能和易修饰性，在基因载体、纳米复合材料、催化剂、膜材料、废水处理、高分子材料的流变学改性剂等多方面已显示出广阔的应用前景。

发明内容

本发明采用PAMAM取代上转换纳米颗粒表面的油酸，制备了一种水溶性上转换纳米颗粒。

本发明通过下述技术方案予以实现：

（1）首先采用高温热分解法合成六方相的上转换发光纳米颗粒UCNPs：将1mmol的LnCl₃（Ln = Y, Yb, Tm/Er）5mL甲醇溶液，6mL油酸OA和15mL 1-十八(碳)烯ODE超声混合均匀，在氩气保护下加热到150°C，保持30分钟，形成一个浅黄色的溶液，然后冷却到50°C，加入含0.16g氟化铵NH₄F和0.10g NaOH的甲醇溶液，超声30分钟，然后缓慢加热到110°C并保持1h以去除甲醇和残留水份，接着在氩气保护下以1°C/min的速度升温到320°C，保持2小时，随后自然冷却到室温，加入无水乙醇，离心得到沉淀，再反复用水和乙醇洗涤，最终得到可溶解在环己烷等各种有机溶剂中的上转换纳米颗粒（UCNPs）。