[发明专利]一种多功能稀土掺杂氧化钆硅基复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及掺杂氧化物纳米发光材料领域，特别涉及一种稀土掺杂氧化钆硅基复合纳米材料及其制备方法和在荧光-磁共振双模式成像中的应用。

背景技术

Gd₂O₃纳米粒子是非常有效的T₁增加型MRI造影剂，因为Gd³⁺含有大量未配对电子（高达七个），而且Gd₂O₃是非常好的发光基质，可以通过掺杂荧光稀土离子作为下转换或者上转换荧光探针，应用于体内外光学成像和荧光示踪。上转换荧光探针相对于传统使用的有机染料和量子点具有不可比拟的优势，上转换纳米粒子可以被808nmm/980nm近红外光激发而具有很好的信噪比，因为808nm/980nm近红外光具有较强的穿透深度、对生物组织几乎无损伤并且不会产生背景荧光。而且，稀土掺杂下转换纳米粒子在800nm钛蓝宝石飞秒双光子激光器激发下，可以转化为上转换纳米粒子，从而通过改变激发器使得稀土纳米粒子兼具下转换-上转换功能。

单相Gd₂O₃纳米粒子的低比表面积和缺少活性官能团，严重阻碍其进一步多功能化，迫切需要一种能够方便并且大量负载影像试剂和治疗试剂的材料平台，而介孔材料的出现为其在生物医学领域的深入应用带来了新的曙光。介孔材料是指具有显著表面效应、孔径尺寸介于2-50nm间、孔隙率大于40%、比表面积通常在500m²/g以上的多孔固体。有序介孔二氧化硅材料以其安全无毒、良好的生物相容性和生物降解性，降解后可以从尿液中排出、稳定的介孔结构、高的比表面积、孔径均一且可调等优点，受到了广泛的关注。硅的表面易于修饰各种官能团（比如氨基、羧基或者巯基)，便于输送许多种类的生物分子，包括疏水性药物、核酸（DNA,siRNA）、蛋白。将稀土掺杂Gd₂O₃纳米粒子用介孔二氧化硅包覆形成核壳结构，不仅可以提高纳米粒子在液相的稳定性和生物相容性，而且可以利用介孔材料的特点，灵活便捷地进行功能化修饰，同时装载药物或者其他影像试剂，控制表面电荷、分散稳定性和靶向性，真正实现多模式诊疗一体化。

现有技术中通常采用一步法在稀土掺杂Gd₂O₃纳米粒子外表面包覆介孔硅层，虽然能得到均匀包覆的核壳结构纳米粒子，但是介孔硅层呈现明显的蠕虫状排布，介孔有序度不高，而且还会存在空心硅球，核的粒径也比较大，这样造成包裹硅层后的整个纳米材料的粒径偏大，不利于后续的治疗和生物成像。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂氧化物硅基复合纳米材料，该纳米材料是具有优良荧光、磁性、介孔性质的三明治核壳结构，纳米材料的平均粒径为80nm左右，而且形貌均匀，比表面积大，毒副作用小，适于生物应用。

本发明的另一个目的是提供上述稀土掺杂氧化物硅基复合纳米材料的制备方法，该制备方法所用原料易得、工艺简单、反应可控性强。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种稀土掺杂氧化钆硅基复合纳米材料，其特征在于：所述纳米材料以Y_xGd_1-xO_1.5:nEu³⁺为核，表面包覆厚度为3-6nm的SiO₂壳层和厚度为13-16nm的介孔SiO₂壳层，材料的粒径为75-85nm，其中，0≤x≤0.3，0.1≤n≤0.15。优选的，所述x=0.05，所述n=0.1。

上述稀土掺杂氧化钆硅基复合纳米材料的制备方法，其步骤包括，

（1）将Gd(NO₃)₃·6H₂O、Y(NO₃)₃·6H₂O、Eu(NO₃)₃·6H₂O、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在搅拌过程中加入浓硝酸，搅拌均匀后，在160℃-200℃条件下反应12-24小时，冷却、离心分离、洗涤、干燥后研成粉末，得到氢氧化物前驱体Y_xGd_1-x(OH)₃:nEu³⁺；