專利名稱：具有雙重作用的NaYF₄基熒光納米顆粒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及上轉(zhuǎn)換熒光材料領域，具體涉及一種具備上轉(zhuǎn)換熒光成像和磁共振成像雙模式的NaYF4基熒光納米顆粒及其制備方法。
背景技術：
腫瘤早期診斷迫切需要一種具備多重模式結(jié)合、高效特異性主動靶向的生物探針。目前熒光成像和磁共振成像是最具潛力的診斷方式。研究基于熒光/磁共振復合的多模式探針有望克服目前癌癥早期診斷中存在的諸多不足之處，提高臨床腫瘤的確診率。 目前，傳統(tǒng)熒光成像領域的研究重點是基于有機熒光素以及含有重金屬元素的半導體量子點。前者因為發(fā)光穩(wěn)定性不佳而逐漸被后者替代。而后者也因為潛在的重金屬毒性而限制了其進一步的生物應用。上轉(zhuǎn)換熒光材料是一類重要的稀土(RE)發(fā)光材料，它能夠通過多光子機制將低頻率激發(fā)光轉(zhuǎn)換成高頻率發(fā)射光，具有近紅外激發(fā)，發(fā)射紫外-紅外等多波段熒光的特點，在固體激光器、傳感器、太陽能電池和三維立體演示等領域有著重要的應用。近年來，納米尺度的上轉(zhuǎn)換熒光材料(上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒)作為一種新型熒光標記物(探針)在生物大分子檢測方面的應用逐漸受到研究人員的重視。相比于傳統(tǒng)的熒光標記物如有機熒光素和半導體量子點等，上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒作為生物分子探針具有發(fā)光強度高且穩(wěn)定、組織穿透深度大、背景噪音低及活體光毒性低等優(yōu)勢。例如，上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的激發(fā)光為近紅外光，在此激發(fā)條件下，可以避免生物自體熒光的干擾和散射光現(xiàn)象， 從而降低檢測背景，提高信躁比。因此，上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒作為熒光標記物在生物大分子分析和醫(yī)學臨床檢測領域都有著非常好的應用前景。在現(xiàn)有的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料中，六方相NaYF4是目前報道中發(fā)光性能最佳的基質(zhì)材料，通過向NaYF4中摻雜稀土離子對(如Er3+Ab3+ ；Tm3+Ab3+),可以獲得發(fā)光性能優(yōu)異的熒光顆粒。CN102140662 A公開了一種NaYF4Ib，Er上轉(zhuǎn)換熒光材料及制備方法。然而， 納米NaYF4由于表面缺陷的存在，通常其發(fā)光效率明顯低于體相材料，如何提高基于NaYF4 納米顆粒的發(fā)光性能成為本領域的一個重要研究課題。2009年國外研究人員發(fā)現(xiàn)通過向原先發(fā)光的NaYF4:Er/%納米顆粒中中摻雜稀土元素釓離子，可以順利實現(xiàn)具有上轉(zhuǎn)換熒光和磁共振成像雙重作用的納米顆粒(Kumar， R. and Prasad, P. N. Adv. Fund. Mater. 2009, 19, 853.)。例如鑭系稀土釓離子(Gd3+) 具有半滿的4f層電子，是目前應用最為廣泛的T1-MRI造影用離子。臨床使用的T1-MRI造影劑多為Gd3+的絡合物，其縱向弛豫率(T1)為3. 8 HiT1iT1左右。通過向NaYF4基質(zhì)中摻雜稀土元素Gd離子，可以使材料具有T1-MRI造影功能，然而，目前Gd3+摻雜的NaYF4結(jié)構(gòu)中已報道的最高Λ 值僅為 1. 4 Hir1S-1 (Park, Y. I. and Hyeon, Τ. Adv. Mater. 2009，21， 4467.)，遠遠低于臨床用Gd劑，因此，亟待發(fā)展一種更加高效的基于NaYF4的熒光/磁共振雙模式納米生物分子探針。

發(fā)明內(nèi)容
面對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的第一方面提供一種具有雙重作用的 NaYF4基熒光納米顆粒，所述NaYF4基熒光納米顆粒至少包括內(nèi)核和外殼，其中所述內(nèi)核為 NaYF4:Er/Yb/Gd 或 NaYF4:Er/Yb，所述外殼為 NaGdF4。本發(fā)明的NaYF4基熒光納米顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)，通過在不同層引入不同的發(fā)光離子對，實現(xiàn)單一熒光顆粒的單一激發(fā)多色發(fā)光的功能，并且兼具磁共振成像；同時，通過引入包裹層減少顆粒的表面缺陷，提高了顆粒的熒光強度。本發(fā)明的NaYF4基熒光納米顆粒還可包括中間層形成三層結(jié)構(gòu)，所述中間層可為 NaYF4 :Tm/Yb。本發(fā)明的妝￥ 4基熒光納米顆粒中，所述外殼NaGdF4W平均厚度可為0.2 4 nm, 優(yōu)選0. 2 3. 7 nm,更優(yōu)選0. 2 2. 0 nm。其相應的縱向弛豫率可為1. 18 6. ISmT1S-1, 優(yōu)選 2. 18 6. ISmT1S-1,更優(yōu)選 5. 46 6. ISmT1S-1。通過優(yōu)化最外層NaGdF4W厚度，可提高上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的縱向弛豫率，實現(xiàn)接近甚至超過臨床Gd劑的縱向弛豫率值的目的。所制備顆粒的弛豫率最高為6. 18 mM^s—1，是文獻首次報道的類似結(jié)構(gòu)的44倍。單一顆粒的最大弛豫率為1. 4X IO5 HiT1sA另一方面，本發(fā)明提供一種制備具有雙重作用的NaYF4基熒光納米顆粒的方法，包括將所述內(nèi)核包含的稀土離子的氯化物、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、分散在環(huán)己烷中作為內(nèi)核的內(nèi)核制備步驟；以及將所述外殼包含的稀土離子的氯化物、所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、分散在環(huán)己烷的外殼制備步驟。其中，所述內(nèi)核制備步驟可包括將所述內(nèi)核包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加分散有NaOH 和NH4F的甲醇溶液，升溫去除甲醇；以及在290 300°C熱分解1. 5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。所述外殼制備步驟可包括將所述外殼包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液，升溫去除環(huán)己烷；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，升溫去除甲醇；以及在 290 300°C熱分解1. 5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。本發(fā)明的方法還可以包括制備中間層NaYF4 = TmAb步驟將所述中間層包含的稀土離子的氯化物、所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、分散在環(huán)己烷的中間層制備。所述中間層制備步驟包括將所述中間層包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液，升溫去除環(huán)己烷；加分散有NaOH和NH/的甲醇溶液，升溫去除甲醇；以及在 290 300°C熱分解1. 5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。本發(fā)明方法所使用的原料均為無機鹽，制備過程不會產(chǎn)生毒害氣體。所制備的納米顆粒形貌為球形，尺度均一可控，為六方相NaYF4。制得的NaYF4基熒光納米顆粒具有良
5好的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射和T1-MRI加權性能，有望在未來腫瘤多模式早期成像中具有良好的應用前景。


圖IA示出了實施例1制備的平均粒徑18 nm的NaYF4Er/Yb/Gd低倍TEM照片； 圖IB示出了實施例1制備的平均粒徑18 nm的NaYF4ErAb/Gd高倍TEM照片； 圖2A示出了實施例2制備的平均粒徑22 nm的NaYF4Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb低倍 TEM照片；
圖2B示出了實施例2制備的平均粒徑26 nm的NaYF4Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb高倍 TEM照片；
圖3A示出了實施例3制備的平均粒徑沈nm的NaYF4:Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 低倍TEM照片；
圖:3B示出了實施例3制備的平均粒徑沈nm的NaYF4:Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 高倍TEM照片；
圖4A示出了實施例4制備的平均粒徑Mnm的NaYF4:Er/ i NaGdF4低倍TEM照片； 圖4B示出了實施例4制備的平均粒徑M nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4高倍TEM照片； 圖5A示出了實施例5制備的平均粒徑24. 5nm的NaYF4:Er/Yb i NaGdF4低倍TEM照
片；
圖5B示出了實施例5制備的平均粒徑24. 5 nm的NaYF4:Er/Yb i NaGdF4高倍TEM照
片；
圖6A示出了實施例6制備的平均粒徑25. 8nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4低倍TEM照
片；
圖6B示出了實施例6制備的平均粒徑25. 8 nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4高倍TEM照
片；
圖7A示出了實施例7制備的平均粒徑27. 5nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4低倍TEM照
片；
圖7b示出了實施例7制備的平均粒徑27. 5 nm的NaYF4:Er/ i NaGdF4高倍TEM照
片；
圖8A示出本發(fā)明制備的納米顆粒的示例發(fā)射光譜，其中激發(fā)光λ =980 nm，虛線為 NaYF4:Er/Yb/Gd 的熒光，點劃線為 NaYF4Er/Yb/Gd顯aYF4 Tm/Yb 的熒光，實線為 NaYF4 = Er/ Yb/Gdi NaYF4:Tm/Ybi NaGdF4 的熒光；
圖8B示出圖8A中A部分的放大示意圖； 圖8C示出圖8A中B部分的放大示意圖9示出水溶性NaYF4:Er/%/Gd@ NaYF4:Tm/Ybi NaGdF4納米顆粒的縱向弛豫率的曲線圖，測試儀器為臨床用3. 0 T MRI ；
圖10示出水溶性NaYF4 = ErAbONaGdF4 (0.2 nm)納米顆粒的縱向弛豫率的曲線圖，測試儀器為臨床用3. 0 T MRI ；
圖11示出水溶性NaYF4 = ErAbONaGdF4 (0.7 nm)納米顆粒的縱向弛豫率的曲線圖，測試儀器為臨床用3. 0 T MRI ；圖 12 示出水溶性 NaYF4: Er/Yb_aGdF4 試儀器為臨床用3. 0 T MRI ；
圖 13 示出水溶性 NaYF4: Er/Yb_aGdF4 試儀器為臨床用3.0 T MRI。
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(2.0 nm)納米顆粒的縱向弛豫率的曲線圖，測 (3.7 nm)納米顆粒的縱向弛豫率的曲線圖，測
說明書
具體實施例方式參照說明書附圖，并結(jié)合下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應理解，說明書附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明通過晶核輔助生長工藝，制備具有核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，并在顆粒的不同層引入不同的發(fā)光離子對，下面分別以具有三層結(jié)構(gòu)和兩層結(jié)構(gòu)的上的制備為例進行說明。 一、具有三層結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒(NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/Ybi NaGdF4) 的制備。(一)內(nèi)核NaYF4 Er/YbGd 的制備
1)稀土氯化物水溶液分別稱取適量的釔(Y)、鐿( )、鉺(Er)及釓(Gd)的氯化物， 用去離子水溶解備用。稀土氯化物此處可采用其各自常用的水合物(例如YCl3 ·6Η20、 YbCl3 · 6H20、ErCl3 · 6H20、GdCl3 · χΗ20，采用的去離子水的量可為溶解所述氯化物的量或稍過量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述預先配置的稀土氯化物水溶液，采用的油酸和十八烯的體積比可為1 :2。室溫下攪拌1小時左右。通氬氣一定時間(例如5分鐘)以去除空氣，接著進行緩慢的除水過程。除水結(jié)束后，體系溫度升到160°C左右進行保溫一定時間，例如60分鐘，獲得淡黃色澄清液。停止加熱，體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。3)稱取適量的NaOH和NH4F,用適量甲醇(例如IOmL)溶解，超聲分散。然后將其小心地加入上述體系中，室溫下攪拌2小時；而后升溫到80 100°C去除甲醇，保溫約1小時，直到甲醇去除完畢。4)甲醇除完之后，體系開始升溫，將溫度穩(wěn)定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小時，然后自然降至室溫。6)產(chǎn)物清洗可依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，可重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得無色澄清溶液。980nm激發(fā)光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射明顯的綠光。(二)二層核殼結(jié)構(gòu)的制備=NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/Yb
1)稀土氯化物水溶液稱分別稱取適量的釔(Y)、鐿( )、及銩(Tm)的氯化物，用去離子水溶解備用。稀土氯化物此處可采用其各自常用的水合物，例如YCl3 WH2OJbCl3 ·6Η20、 TmCl3 · 6Η20。采用的去離子水的量可為溶解所述氯化物的量或稍過量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述預先配置的稀土氯化物水溶液，。采用的油酸和十八烯的體積比可為1 :2，室溫下攪拌1小時左右。通氬氣一定時間(例如5分鐘)以去除空氣，接著進行緩慢的除水過程。除水結(jié)束后，體系溫度升到160°C左右，保持一定時間，例如60分鐘。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。3)向體系中加入適量的預先制備的NaYF4 = ErAbGd環(huán)己烷溶液做為內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C左右除去環(huán)己烷溶液；
4)稱取適量的NaOH和NH4F,用適量甲醇溶解，超聲分散。然后將其小心地加入上述體系中，室溫下攪拌2小時左右；升溫到80 100°C以去除甲醇，保持1小時左右，直到甲醇除完。5)甲醇除完之后，體系開始升溫，將溫度穩(wěn)定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小時，然后自然降至室溫。6)產(chǎn)物清洗可依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，可重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得無色澄清溶液。(三)三層核殼結(jié)構(gòu)的制備NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/YbiNaGdF4
1)稀土氯化物水溶液稱取適量的釓氯化物(例如GdCl3 · χΗ20)，用適量的去離子水溶解備用。)在油酸和十八烯混合液中加入上述預先配置的稀土氯化物水溶液，室溫下攪拌 1小時。采用的油酸和十八烯的體積比可為1 :2。通氬氣一定時間(例如5分鐘)以去除空氣，接著進行緩慢的除水過程。除水結(jié)束后，體系溫度升到160°C左右，保持一定時間，例如 60分鐘左右。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。3)向體系中加入適量的預先制備的NaYF4:Er/%Gd@NaYF4:TmAb環(huán)己烷溶液做為內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C除去環(huán)己烷溶液；
4)稱取適量的NaOH和NH4F,用適量甲醇溶解，超聲分散。然后將其小心地加入上述體系中，室溫下攪拌2小時；升溫到80 100°C以去除甲醇，保持1小時左右，直到甲醇除完。5)甲醇除完之后，體系開始升溫，將溫度穩(wěn)定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小時，然后自然降至室溫。6)產(chǎn)物清洗可依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，可重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得無色澄清溶液。制得的NaYF4:Er/%Gd顯aYF4:Tm/%_aGdF4的示例發(fā)射光譜可參見附圖8，其縱向弛豫率可參見附圖9。實施例1平均粒徑18 nm的NaYF4 Er/%/Gd的制備
稀土氯化物水溶液分別稱取 1. 3 mmol (394.368 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964 mg)的 YbCl3 ·6Η20、0· 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 ·6Η20 及 0. 3mmol(79. 083) 的GdCl3 · XH2O粉末，用4 mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入預先配置好的上述氯化物的水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中空氣，然后體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。稱取200 mg NaOH,296. 3 mg NH4F,用10 mL甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，并保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C， 保持1.5 h。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000r/min，離心10分鐘；加入5 10 mL的環(huán)己烷，超聲，然后加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。980 nm激光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射有明顯的綠光。制得產(chǎn)物的平均粒徑為18nm，其低倍及高倍TEM照片分別如圖1A、1B所示。實施例2 (平均粒徑 22 nm 的 NaYF4 Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb 制備)實施例1基礎上，繼續(xù)進行以下步驟
稀土氯化物水溶液分別稱取 0. 747 mmol (226.61 mg)的 YCl3 · 6Η20、0· 25 mmol(96. 8725 mg)的 YbCl3 · 6H20、0. 003mmol (0· 8258 mg)的 TmCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去離
子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中空氣，然后體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入Immol的實施例1制備的NaYF4:Er/%Gd環(huán)己烷溶液做為生長的內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C除去環(huán)己烷溶液。準備100 mg NaOH、148. 15 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中，室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時，然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。用10000 r/min，離心10分鐘；然后加入5 10 mL的環(huán)己烷，并超聲，加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后的產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為22nm，其低倍及高倍TEM照片分別如圖2A、2B所示。實施例3 (平均粒徑 26 nm 的 NaYF4 Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 制備)在實施例2基礎上繼續(xù)進行以下步驟
稀土氯化物水溶液稱取1 mol (263. 61 mg)的GdCl3 ·χΗ20粉末，用4 mL去離子水溶
解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸、30 mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，然后體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入1 mmol的實施例2制備的NaYF4:Er/YbGd_aYF4:Tm/Yb環(huán)己烷溶液做為生長的內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C除去環(huán)己烷溶液。準備100 mg NaOH、148. 15 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中，室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000 r/min，離心10分鐘；加入5 10 mL的環(huán)己烷，超聲，加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘， 離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為^nm，其低倍及高倍TEM照片分別如圖3AJB所示。二、具有兩層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒(NaYF4:Er/% @ NaGdF)的制備。(一)內(nèi)核NaYF4 Er/Yb 的制備
1)稀土氯化物水溶液分別稱取適量的釔(Y)、鐿( )、及鉺(Er)的氯化物，用去離子水溶解備用。稀土氯化物此處可采用其各自常用的水合物，例如(YCl3 · 6H20, YbCl3 · 6H20、 ErCl3 · 6H20。采用的去離子水的量可為溶解所述氯化物的量或稍過量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述預先配置的稀土氯化物水溶液，采用的油酸和十八烯的體積比可為1 :2。室溫下攪拌1小時左右。通氬氣一定時間(例如5分鐘)以去除空氣，接著進行緩慢的除水過程。除水結(jié)束后，體系溫度升到160°C左右進行保溫一定時間，例如60分鐘，獲得淡黃色澄清液。停止加熱，體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。3)稱取適量的NaOH和NH4F,用適量甲醇(例如IOmL)溶解，超聲分散。然后將其小心地加入上述體系中，室溫下攪拌2小時；升溫到80 100°C以去除甲醇，保溫約1小時， 直到甲醇除完。4)甲醇除完之后，體系開始升溫，將溫度穩(wěn)定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小時，然后自然降至室溫。5)產(chǎn)物清洗可依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，可重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得無色澄清溶液。980nm激發(fā)光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射明顯的綠光。(二)二層核殼 NaYF4 Er/Yb §NaGdF4 的制備
1)稀土氯化物水溶液稱取適量的釓氯化物(例如GdCl3 · χΗ20)，用適量的去離子水溶解備用。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述預先配置的稀土氯化物水溶液，室溫下攪拌 1小時。采用的油酸和十八烯的體積比可為1 :2。通氬氣一定時間(例如5分鐘)以去除空氣，接著進行緩慢的除水過程。除水結(jié)束后，體系溫度升到160°C左右，保持一定時間，例如 60分鐘左右。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，體系自然降溫至室溫(其間保持通氬氣)。3)向體系中加入適量的預先制備的NaYF4 = ErAb環(huán)己烷溶液作為內(nèi)核。攪拌30 分鐘后，升溫至80 °C除去環(huán)己烷溶液。4)稱取適量的NaOH和NH4F,用適量甲醇溶解，超聲分散。然后將其小心地加入上述體系中，室溫下攪拌2小時；升溫到80 100°C以去除甲醇，保持1小時左右，直到甲醇除完；甲醇除完之后，體系開始升溫，將溫度穩(wěn)定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5小時， 然后自然降至室溫。5)產(chǎn)物清洗可依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗，離心收集，可重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得無色澄清溶液。實施例4 (平均粒徑24 nm的NaYF4 = Er/ i NaGdF4,制備NaGdF4層厚度為0. 2 nm)
10內(nèi)核的制備=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分別稱取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol(139. 4964 mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，然后體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。稱取200 mg NaOH和四6. 3mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000 r/min，離心10分鐘；加入5 IOmL的環(huán)己烷，超聲，加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。980 nm激光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射有明顯的綠光。二層核殼結(jié)構(gòu)的制備=NaYF4: Er/Yb_aGdF4
稀土氯化物水溶液稱取0. 337 mol GdCl3 · xH20粉末，用4 mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入預先制備的約1 mmol NaYF4:ErAb環(huán)己烷溶液做為生長的內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C除去環(huán)己烷溶液。稱取33. 7 mg NaOH和49. 92 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C，并保持1.證。自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000 r/min，離心10分鐘；加入5 10 mL的環(huán)己烷，超聲，然后加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后的產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為M nm，外殼的平均厚度為0. 2 nm，其低倍及高倍TEM照片分別如圖4A、4B所示；其縱向弛豫率可參見附圖10。實施例5 (平均粒徑24. 5 nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4制備，NaGdF4層厚度為0. 7nm)內(nèi)核的制備=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分別稱取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去
離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入預先上述配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。 除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。稱取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中，室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C， 保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用IOOOOr/ min，離心10分鐘；加入5 10 mL環(huán)己烷，并超聲，然后加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘， 離心收集。重復清洗4次，最后的產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。980 nm激光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射有明顯的綠光。二層核殼結(jié)構(gòu)的制備=NaYF4: ErAb §NaGdF4
稀土氯化物水溶液稱取0. 08 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4 mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱， 讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入預先制備的約1 mmol NaYF4:ErAb環(huán)己烷溶液作為生長的內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80 NaYF4:Er/Yb除去環(huán)己烷溶液。稱取8 mg NaOH和11. 85 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100 °C，保持1小時。直到甲
醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在四0 300°C， 并保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用 10000 r/min，離心10分鐘；然后加入5 10 mL的環(huán)己烷，超聲，然后加入15 mL的酒精， 超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后的產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為24. 5 nm,外殼的平均厚度為0. Ixm,其低倍及高倍TEM照片分別如圖5A、5B所示；其縱向弛豫率可參見附圖11。實施例6 (平均粒徑25. 8 nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4制備，NaGdF4層厚度為2. 0nm)
內(nèi)核的制備=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分別稱取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol(139. 4964 mg)的 YbCl3 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 ·6Η20 粉末，用 4 mL 去
離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。稱取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F,用10 mL甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000 r/min，離心10分鐘；然后加入5 10 mL的環(huán)己烷，并超聲，加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。980 nm激光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射有明顯的綠光。二層核殼結(jié)構(gòu)NaGdF4的制備
1)稀土氯化物水溶液稱取0. 02 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入上述預先制備的約1 mmol NaYF4:ErAb環(huán)己烷溶液做為生長的內(nèi)核。攪拌30 min后，升溫至80度除去環(huán)己烷溶液。稱取2 mg NaOH和2. 96 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL的無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用10000 r/min，離心10分鐘；然后加入5 10 mL的環(huán)己烷，并超聲，加入15 mL的酒精，超聲約5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為25. 8 nm,外殼的平均厚度為2. 0 nm,其低倍及高倍TEM照片分別如圖6A、6B所示；其縱向弛豫率可參見附圖12。實施例7 (平均粒徑27. 5 nm的NaYF4 Er/Yb @ NaGdF4制備，NaGdF4層厚度為3. 7nm)
內(nèi)核的制備=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分別稱取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964 mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液，室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，體系開始進行緩慢的除水過程。 除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。稱取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后的溫度穩(wěn)定在290 300°C， 保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用 10000 r/min，離心10分鐘；加入5 IOmL的環(huán)己烷，超聲，然后加入15mL的酒精，超聲約 5 min，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。980 nm激光照射下產(chǎn)物可以發(fā)射有明顯的綠光。二層核殼結(jié)構(gòu) NaYF4 Er/Yb §NaGdF4 的制備
1) 稀土氯化物的準備稱取0. 004 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4 mL去離子水溶解備用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入預先配置好的氯化物水溶液， 室溫下攪拌1小時。通氬氣5分鐘，除去瓶中的空氣，然后體系開始進行緩慢的除水過程。 除水完畢后，體系升到160°C左右，保持60分鐘。獲得淡黃色澄清液。然后停止加熱，讓體系自然降溫至室溫(保持通氬氣)。向體系中加入預先制備的約1 mmol NaYF4:ErAb環(huán)己烷溶液作為生長的內(nèi)核。攪拌30分鐘后，升溫至80°C除去環(huán)己烷溶液。稱取0. 4 mg NaOH和0. 592 mg NH4F,用IOmL的甲醇溶解，超聲分散。然后小心加入體系中。室溫下攪拌2小時。2小時后，體系開始進入除甲醇環(huán)節(jié)。升溫到80 100°C，保持1小時。直到甲
醇除完。甲醇除完之后。將冷凝管接好，體系開始升溫，將最后溫度穩(wěn)定在290 300°C，保持1.5小時。然后自然降至室溫。產(chǎn)物清洗過程首先向體系中加入20 mL無水乙醇，室溫攪拌30分鐘。然后用 10000 r/min，離心10分鐘；加入5 10 mL的環(huán)己烷，并超聲，加入15 mL的酒精，超聲約 5分鐘，離心收集。重復清洗4次，最后產(chǎn)物用環(huán)己烷溶液分散，獲得為無色澄清溶液。制得產(chǎn)物的平均粒徑為27. 5 nm，外殼的平均厚度為37nm，其低倍及高倍TEM照片分別如圖7A、7B所示；其縱向弛豫率可參見附圖13。
本發(fā)明制備具有核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，通過在不同層引入不同的發(fā)光離子對，可實現(xiàn)單一熒光顆粒的單一激發(fā)多色發(fā)光的功能；同時，通過引入包裹層減少顆粒的表面缺陷，提高了顆粒的熒光強度。第二，通過優(yōu)化最外層NaGdF4的厚度，提高上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的縱向弛豫率，實現(xiàn)接近甚至超過臨床Gd劑的縱向弛豫率值的目的。所制備顆粒的弛豫率最高為6. 18 Hir1s-1,是文獻首次報道的類似結(jié)構(gòu)的44倍。單一顆粒的最大弛豫率為 ι. 4 χ ο5·、-1。本發(fā)明所使用的原料均為無機鹽，制備過程不會產(chǎn)生毒害氣體。所制備的納米顆粒形貌為球形，尺度均一可控，為六方相NaYF4。該材料具有良好的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射和T1-MRI加權性能，有望在未來腫瘤多模式早期成像中具有良好的應用前景。
權利要求
1.一種具有雙重作用的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒至少包括內(nèi)核和外殼兩層，其中所述內(nèi)核為NaYF4 Er/Yb/Gd或NaYF4 Er/%，所述外殼為 NaGdF40
2.根據(jù)權利要求1所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒還包括中間層，所述中間層為NaYF4 Tm/Yb。
3.根據(jù)權利要求1所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述外殼NaGdF4的平均厚度為0. 2 4 nm。
4.根據(jù)權利要求3所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述外殼NaGdF4的平均厚度為0. 2 3. 7 nm。
5.根據(jù)權利要求4所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述外殼NaGdF4的平均厚度為0. 2 2. O nm。
6.根據(jù)權利要求1所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒的縱向弛豫率為1. 18 6. lSmT、-1。
7.根據(jù)權利要求6所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒的縱向弛豫率為2. 18^6. lSmT、-1。
8.根據(jù)權利要求7所述的NaYF4基熒光納米顆粒，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒的縱向弛豫率為5. 46 6. ISmM^1S-10
9.一種制備權利要求1所述的具有雙重作用的NaYF4基熒光納米顆粒的方法，其特征在于，包括將所述內(nèi)核包含的稀土離子的氯化物、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、并分散在環(huán)己烷中作為內(nèi)核的內(nèi)核制備步驟；以及將所述外殼包含的稀土離子的氯化物、所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、并分散在環(huán)己烷的外殼制備步驟。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核制備步驟包括將所述內(nèi)核包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升溫去除甲醇；以及在290 300°C熱分解1.5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗， 離心收集，并將所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述外殼制備步驟包括將所述外殼包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液，而后升溫去除環(huán)己烷；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升溫去除甲醇；以及在290 300°C熱分解1.5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗， 離心收集，所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述NaYF4基熒光納米顆粒還包括中間層，所述中間層為NaYF4:TmAb，所述方法還包括將所述中間層包含的稀土離子的氯化物、所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高溫熱分解，而后清洗、分散在環(huán)己烷的中間層制備。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述中間層制備步驟包括 將所述中間層包含的稀土離子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空氣和水分，在160°C左右進行保溫60分鐘；加所要包覆的內(nèi)核的環(huán)己烷溶液，而后升溫去除環(huán)己烷； 加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升溫去除甲醇；以及在290 300°C熱分解1.5小時后，冷卻、依次用無水乙醇、環(huán)己烷、酒精進行超聲清洗， 離心收集，所得產(chǎn)物分散在環(huán)己烷中。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙重作用的NaYF4基熒光納米顆粒及其制備方法。本發(fā)明的NaYF4基熒光納米顆粒至少包括內(nèi)核和外殼，其中所述內(nèi)核為NaYF4:Er/Yb/Gd或NaYF4:Er/Yb，所述外殼為NaGdF4。本發(fā)明通過在不同層引入不同的發(fā)光離子對，實現(xiàn)單一熒光顆粒的單一激發(fā)多色發(fā)光的功能，并且兼具磁共振成像；同時，通過引入包裹層減少顆粒的表面缺陷，提高了顆粒的熒光強度。
文檔編號A61K49/00GK102391874SQ20111028160
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權日2011年9月21日
發(fā)明者施劍林, 步文博, 陳風 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所