[发明专利]具有双重作用的NaYF4基荧光纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及上转换荧光材料领域，具体涉及一种具备上转换荧光成像和磁共振成像双模式的NaYF₄基荧光纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

肿瘤早期诊断迫切需要一种具备多重模式结合、高效特异性主动靶向的生物探针。目前荧光成像和磁共振成像是最具潜力的诊断方式。研究基于荧光/磁共振复合的多模式探针有望克服目前癌症早期诊断中存在的诸多不足之处，提高临床肿瘤的确诊率。目前，传统荧光成像领域的研究重点是基于有机荧光素以及含有重金属元素的半导体量子点。前者因为发光稳定性不佳而逐渐被后者替代。而后者也因为潜在的重金属毒性而限制了其进一步的生物应用。

上转换荧光材料是一类重要的稀土（RE）发光材料，它能够通过多光子机制将低频率激发光转换成高频率发射光，具有近红外激发，发射紫外-红外等多波段荧光的特点，在固体激光器、传感器、太阳能电池和三维立体演示等领域有着重要的应用。

近年来，纳米尺度的上转换荧光材料（上转换荧光纳米颗粒）作为一种新型荧光标记物（探针）在生物大分子检测方面的应用逐渐受到研究人员的重视。相比于传统的荧光标记物如有机荧光素和半导体量子点等，上转换荧光纳米颗粒作为生物分子探针具有发光强度高且稳定、组织穿透深度大、背景噪音低及活体光毒性低等优势。例如，上转换荧光纳米颗粒的激发光为近红外光，在此激发条件下，可以避免生物自体荧光的干扰和散射光现象，从而降低检测背景，提高信躁比。因此，上转换荧光纳米颗粒作为荧光标记物在生物大分子分析和医学临床检测领域都有着非常好的应用前景。

在现有的上转换荧光纳米材料中，六方相NaYF₄是目前报道中发光性能最佳的基质材料，通过向NaYF₄中掺杂稀土离子对（如Er³⁺/Yb³⁺；Tm³⁺/Yb³⁺），可以获得发光性能优异的荧光颗粒。CN102140662 A公开了一种NaYF₄:Yb, Er上转换荧光材料及制备方法。然而，纳米NaYF₄由于表面缺陷的存在，通常其发光效率明显低于体相材料，如何提高基于NaYF₄纳米颗粒的发光性能成为本领域的一个重要研究课题。

2009年国外研究人员发现通过向原先发光的NaYF_4:Er/Yb纳米颗粒中中掺杂稀土元素钆离子，可以顺利实现具有上转换荧光和磁共振成像双重作用的纳米颗粒（Kumar, R.and Prasad, P. N. Adv. Funct. Mater.2009, 19, 853.）。例如镧系稀土钆离子（Gd³⁺）具有半满的4f层电子，是目前应用最为广泛的T₁-MRI造影用离子。临床使用的T₁-MRI造影剂多为Gd³⁺的络合物，其纵向弛豫率（r₁）为3.8 mM^-1s^-1左右。通过向NaYF₄基质中掺杂稀土元素Gd离子，可以使材料具有T₁-MRI造影功能，然而，目前Gd³⁺掺杂的NaYF₄结构中已报道的最高r₁值仅为1.4 mM^-1s^-1（Park, Y. I. and Hyeon, T. Adv. Mater. 2009, 21, 4467.），远远低于临床用Gd剂，因此，亟待发展一种更加高效的基于NaYF₄的荧光/磁共振双模式纳米生物分子探针。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明的第一方面提供一种具有双重作用的NaYF₄基荧光纳米颗粒，所述NaYF₄基荧光纳米颗粒至少包括内核和外壳，其中所述内核为NaYF₄:Er/Yb/Gd或NaYF₄:Er/Yb，所述外壳为NaGdF₄。

本发明的NaYF₄基荧光纳米颗粒具有核壳结构，通过在不同层引入不同的发光离子对，实现单一荧光颗粒的单一激发多色发光的功能，并且兼具磁共振成像；同时，通过引入包裹层减少颗粒的表面缺陷，提高了颗粒的荧光强度。