[发明专利]上转换纳米粒子与氧化石墨烯复合材料的制备方法与应用

说明书

本专利受到国家自然科学基金面上项目21375095、全国优秀博士学位论文作者专项资助资金FANEDD-201023，天津市应用基础研究计划重点项目12JCZDJC21700，天津市高校“中青年骨干创新人才培养计划”ZX110GG015和天津师范大学“渤海学者”引进人才科研项目5RL098的资助。

技术领域

本发明属于荧光探针纳米材料制备领域，具体涉及一种水溶性叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯的复合材料及其制备方法，主要用于识别癌变细胞。

背景技术

稀土离子具有丰富的能级结构和优异的光学特性，近年来稀土掺杂的上转换纳米材料在生物分子标记和生物成像等领域显示出重要的应用前景。传统的下转换荧光材料（高能量短波激发、低能量长波发射）如有机染料和Ⅱ―Ⅵ 族半导体量子点等在用于生物标记和疾病诊断方面还存在一些问题，例如：有机染料容易光漂白，发射谱太宽等，量子点本身有毒、化学稳定性差等，从而限制了其进一步发展。相反，近红外可见光上转换纳米材料在受到光激发时能吸收低能量的长波辐射，而发射出高能量的短波辐射，具有许多有机染料和半导体量子点不具备的优点，包括荧光寿命长而无闪烁、毒性低、荧光量子产率高、自体荧光小、化学稳定性和光稳定性好以及渗透深度大，从而引起了科研人员的广泛关注。

氧化石墨烯(GO) 具有自由分散的二维结构和丰富的极性基团，使其在功能化复合材料方面展现出突出的优势，受到了科学界的广泛关注。由于片层内sp³区和 sp²区的随机分布，GO 表现出有奇特的电学和光学特性，被认为是功能化的石墨烯材料，具有重要的理论研究和应用价目前所有关于石墨烯复合材料的研究都处于起步阶段，机会与挑战并存。氧化石墨烯由于具有含氧基团，使它可以稳定地分散在水、乙二醇等极性溶剂中。羧基、羟基、环氧基等有诸多化学反应的可能，所以可以通过化学反应接枝各种纳米粒子或者生物大分子。基于此氧化石墨烯已经被广泛应用于众多领域。

  近年来，复合材料应用于生物探针的报道越来越多，在此我们将叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯发生复合，他们由于静电作用吸附在一起，致使荧光淬灭。我们知道癌变细胞表面有很多叶酸受体，这些叶酸受体可以识别和转运叶酸到细胞内，即可以转运叶酸功能化的的上转换纳米粒子到癌变细胞内，在光源激发下，癌变细胞里发出荧光，而对于正常细胞则没有荧光，借此可以起到识别癌变细胞的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、粒径较小、尺寸均匀、成本低、水溶性和生物相溶性好、可识别癌变细胞的叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯的复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明公开了一种叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯复合材料，其特征在于它是由质量比为1/1-1/2的叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯组成。

本发明进一步公开了水溶性叶酸功能化的上转换纳米粒子与氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）水溶性叶酸功能化的上转换粒子的制备：

a）稀土硝化物的制备：将0.4mmol氧化钇Y₂O₃、0.09mmol氧化镱Yb₂O₃、0.01mmol氧化铒Er₂O₃，即钇、镱、铒物质的量之比Y/Yb/Er =80/18/2，Y+Yb+Er=1mmol，称好质量，放入50mL小烧杯中，加入1.5-3mL浓硝酸，4mL 高纯水，在通风橱中100oC，硝化，蒸干；其中氧化钇Y₂O₃中Y的物质的量为0.8mmol、氧化镱Yb₂O₃中Yb的物质的量为0.18mmol、氧化铒Er₂O₃中Er的物质的量为0.02mmol；

    b）二甘醇修饰的上转换粒子的制备：称取4-16mmol的NaF，放于100mL圆底烧瓶中，加入10mL二甘醇+高纯水，在氮气保护、磁子搅拌下，用油浴加热到160-200oC，向步骤a）蒸干的小烧杯中加入12.5mL二甘醇+高纯水，20oC加热，使硝化物溶解在二甘醇—高纯水溶剂中，滴加到NaF的溶液中，160-200oC氮气保护下，搅拌反应0.5-5h；