[发明专利]一种多功能纳米复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及将上转换发光材料与光热转换材料复合制备一种用于光热治疗的集荧光标记和光热转换功能于一体的多功能纳米复合材料和用途。

背景技术

上转换发光材料是一种能在红外光激发的条件下发出可见光的材料，即是可以吸收红外光所散发出的能量从而转换成可见光的一种材料。之所以称为上转换，是因为它所吸收的光子能量低于其发射出的光子能量。1966年，Auzel (C. R. Acad. Sci. Paris B, 1966, 262, 1016)在钨酸镱钠玻璃的研究中，发现当将稀土元素Yb³⁺离子掺入基质材料中时，Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺离子在红外光激发所转换的可见发光的能量几乎提高了两个数量级，从而正式提出了“上转换发光”的理念。在红外光激发下，上转换发光材料产生可见发射，具有吸收能力强，转换效率高，发射线谱窄，发光稳定，荧光背景低等优点，因此发展成为了一种把红外光转变为可见光的有效材料，并在生物荧光标记和医学诊断领域具有特殊应用，近年来也成为国际上研究的热点。到目前为止，人们发现的具有最强的上转换发光基质材料是NaYF₄，且在红外光激发下，Yb³⁺和Er³⁺共掺杂的NaYF₄具有非常高的上转换效率。虽然所合成的NaYF₄(共掺Yb³⁺和Er³⁺)纳米晶具有良好的上转换荧光效应，但是其水溶性和生物相容性差，只分散于环己烷等非极性溶剂中，而作为荧光标记的上转换发光纳米晶必须在水溶液中得到分散，这在一定程度上限制了上转换发光纳米晶作为荧光探针在生物荧光标记和成像方面中的应用。因此，若要将这些上转换发光纳米晶用于生物标记，必须对其表面进行功能化修饰，改善其水溶性和生物相容性，例如用聚乙二醇作为水溶性配体，采用表面配体交换法对纳米粒子表面进行水溶性修饰（Analytical Chemistry, 2009, 81, 930-935; Journal of Alloys and Compounds, 2009, 485, 24-27）。也可以采用羧基、胺基表面功能化的方法（乌兰图亚，稀土荧光及上转换发光纳米粒子的制备、表征及表面功能化，硕士毕业论文，内蒙古大学，2009）将材料表面的配体改为亲水基团。

来提高纳米材料的水溶性和生物兼容性近些年来，由于上转换发光材料具有非常大的应用前景，尤其在生物医学领域，基于NaYF₄体系的上转换纳米晶的合成研究也受到了人们广泛的关注。

光热转换纳米材料是一种能够在近红外区域有较高的吸收，且能通过等离子体共振或者可以利用能量跃迁带产生的热量，在局部产生高温，从而达到杀死肿瘤等细胞为目的的一种新型纳米功能材料。光热转换纳米材料作为一个新的科研研究热点，许多生物-材料学者做了很多工作，目的就是合成这类光热转换纳米材料，因而可以将它应用于光热治疗等方面，从而光热转换纳米材料得以在生物医学等领域得到了很大的关注。由于铜基纳米材料具有非常优异的物理和化学性能，所以一直以来科研工作者将其选择作为研究光热转换纳米材料的首选，Cu_2-xS作为一个阳离子缺陷的P形半导体在室温下以多种形式存在，低辉铜矿Cu₂S、蓝辉铜矿Cu_1.97S、久辉铜矿Cu_1.94S、蓝辉铜矿Cu_1.8S、斜方蓝辉铜矿Cu_1.4S、方铁锰矿Cu_1.75S、篮铜矿CuS等。科研工作者们发现Cu_2-xS铜基纳米材料在近红外区域均具有较好的光吸收，从而在生物-医学等领域内铜基纳米材料将具有很好的应用前景，例如：东华大学胡俊青课题组成功合成花状CuS，(Advanced Materials, 2011, 23, 3542-3547)，利用红外激光获得能量从而转换为热能，有效的杀死肿瘤癌细胞，但是单一的Cu_2-xS纳米材料没有标记肿瘤癌细胞的功能，没有办法对癌细胞进行定位并有效的杀死。

目前单一的铜基纳米材料的光热治疗应用中，由于不能对人体类肿瘤癌细胞进行有效的目标标定，限制了其发展，因此探索开发一种可以用同一束红外光源，实现既可以荧光标记肿瘤癌细胞，又具有较高的光热转换效率的多功能纳米复合材料，在生物医学领域具有非常重要的意义。

发明内容