[发明专利]一种水溶性且表面功能化的稀土纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种水溶性且表面功能化的稀土纳米材料的制备方法，先制备稀土纳米粒子，然后将10mg氧化海藻酸钠溶于7mL乙醇中，搅拌1小时后，加入稀土纳米粒子溶液，继续搅拌12小时，经过离心，用乙醇溶液将离心洗涤3次，冷冻干燥后，即得到所述的水溶性且表面功能化的稀土材料(UCNP@OALg)。本发明提供水溶性且表面功能化的稀土纳米材料，是一类光致发光的纳米复合结构材料，是以稀土纳米粒子为核心，外部包裹氧化海藻酸钠聚合物层的核壳结构纳米材料。本发明采用一步法制备，生产工艺简便，成本低廉，反应效率高，维持稳定时间长，保存180天后在水中依然具有良好的分散性。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种水溶性且表面功能化的稀土纳米材料的制备方法。

背景技术

稀土发光纳米材料在许多领域有广泛的应用。稀土发光纳米材料具有发射窄、寿命长、发光稳定等优势，其在细胞标记和生物成像领域具有重要的应用潜力。其生物应用的重要前提是：具有水溶性，且具有表面活性基团，能与生物功能分子连接。

目前，制备稀土纳米材料的方法有水(溶剂)热法、高温溶剂热法等，但是这些方法制得的稀土纳米材料表面是疏水的烷基链，只能溶于非极性有机溶剂，难以直接进行功能化和生物应用。目前常用的改良方法有表面配体氧化法、表面包裹一层SiO₂或者聚合物等，这些改善水溶性的方法工艺复杂、原料成本高。本发明涉及一种一步法制备水溶性且表面功能化的稀土纳米材料的制备方法。本方法生产工艺简便，成本低廉，反应效率高，维持稳定时间长。

发明内容：

本发明提供一种水溶性且表面功能化的稀土纳米材料的制备方法，该材料可在700-1000nm激光激发下发射400-700nm的上转换发光以及750-1700nm的近红外光，同时用于细胞层次的高精度成像，以及动物层次的高精度成像。这一类材料的显著特点是能够在同一个近红外光激发光源下，发射出短波长的上转换发光，同时发射出更长波长的近红外发光，能够同时实现细胞层次的高灵敏、低背景噪音的成像观察，以及动物层次的高分辨、低背景荧光的成像观察，对于生物医学领域的研究具有重要的指示作用。

本发明提供一种通用的改性方法，用于纳米材料的表面功能化改造，该方法操作简便，原料造价较低，且生物相容性良好。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将不同摩尔比的稀土化合物溶于5-15mL油酸和5-20mL十八烯中，加热至100-150℃溶解，冷却至室温后，得到溶液A；所述稀土化合物中稀土离子的总摩尔数为：1mmol。

(2)：将NaOH和NH₄F溶解在甲醇中，得到溶液B，所述溶液B中的NaOH的浓度为1-5mmol，所述溶液B中的NH₄F的浓度为2-6mmol，取2-15mL的溶液B滴加在溶液A中，搅拌30分钟后，加热至80-120℃除去甲醇后；在氮气保护下加热至280-310℃，搅拌0.5-2小时后，冷却至室温，经过离心后得到稀土纳米粒子(UCNP)溶于10mL环己烷溶液中，得到溶液C；

(3)：将10mg氧化海藻酸钠(OALg)溶于5-20mL乙醇中，搅拌10-60分钟后，加入1-5mL溶液C，继续搅拌12-18小时，经过离心，用乙醇洗涤3次，冷冻干燥后，即得到所述的水溶性且表面功能化的稀土纳米材料(UCNP@OALg)。

所述稀土化合物为钇Y、镱Yb、铒Er、镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铥Tm、镥Lu和钪Sc的氯化物中的一种或任意几种。

所述冷冻干燥的温度为30-50℃。

所述氧化海藻酸钠的制备方法包括以下步骤：

a)：取2g的海藻酸钠溶于50mL的去离子水中搅拌3小时，得到溶液D；

b)：将1.3g高碘酸钠溶于20mL的去离子水中搅拌溶解，得到溶液E；