[发明专利]一种亲水性稀土纳米材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种亲水性稀土纳米材料，并提供了该材料的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

稀土元素因其独特的电子结构而表现出优良的单色性、抗光漂白性、荧光寿命长和Stocke位移大等特性而在材料等领域有着广泛的应用。在稀土纳米发光材料中，稀土掺杂的上转换纳米发光材料，因其能吸收较低能量光子而发出较高能量光子，使其在生物成像、生物标记和生物检测中具有较强的优越性，如毒性小、化学稳定性高、光稳定性好、吸收和发射带窄、寿命长等许多优点。另外近红外激光作为其激发源也带来了许多优势，如较深的光穿透深度、对生物组织几乎无损伤、无背景荧光、信噪比高、灵敏度高等。且其链接靶向分子后，可以特异地标记肿瘤细胞和组织，为实现肿瘤早期诊断和治疗提供新的方法。然而，用于生物标记、生物检测和生物成像的稀土纳米发光材料必须要满足以下4点要求：1)水溶性，且要求其表面具有活性基团(如-COOH、-NH2、-SH等)便于它们和生物分子反应；2)亲水性，亲水性有利于稀土纳米材料分散于水；3)小尺寸，且形貌可控；4)发光效率高。

目前制备形貌可控的稀土纳米发光材料的方法主要有水/溶剂热法、高温热分解法、共沉淀法等，但这些方法制备的稀土纳米发光材料的表面配体(如油酸，亚油酸)通常为疏水性的，即难溶于水，为了实现其在生物领域的应用，稀土纳米发光材料需通过进一步表面改性从而获得水溶性。目前已经开发的表面改性方法有：聚合物包覆法、表面硅基化法以及表面配体氧化法等，但这些方法制备过程复杂且所制备的材料的长期稳定性不好，形貌比较难控制，成本高，甚至会影响纳米粒子的光学性质。

综上所述，尽管利用表面改性方法也能制备水溶性的稀土纳米发光材料，但其制备工艺复杂，成本高，形貌比较难控制，甚至会影响纳米粒子的光学性质。而本发明所涉及的是一种简便的一步水热合成亲水性的稀土纳米材料的制备方法及其应用。本方法所制备的亲水性的稀土纳米材料不但稳定性好，工艺简单，发光效率高，尺寸小，形貌可控，周期短，成本低，反应产率高，且使用范围广泛。

近年来研究较多的且具有实用价值的水溶性的稀土纳米发光材料主要有以下几种：如专利CN 101914328 A所涉及的是用热共沉淀法制备的水溶性的稀土纳米发光材料。该专利所述的水溶性的纳米发光材料在实际实验过程中需惰性气体保护的时间较长，且整个实验操作流程过于繁琐，不适合工业上大规模批量生产。

如专利CN101289217 A所涉及的是用微乳液水热合成的两亲性的稀土纳米材料。该专利所述的两亲性的纳米材料在实际实验过程中用了甲苯和丙酮等对人体有毒的化学药品，因而在实际应用中有局限性。

如专利CN101851001 A所涉及的是用溶剂热合成的一种超分子自组装的稀土纳米材料。该专利所述的超分子自组装的稀土纳米材料在实际实验过程中需除水，且整个实验操作流程过于繁琐，不适合工业上大规模批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供了一种亲水性的稀土纳米材料的制备方法及其应用，该方法合成工艺简单，周期短，不需要特殊的设备，且实验所用的化学药品无毒，绿色环保。所获得的亲水性稀土纳米材料红外上转换效率高，热稳定性和化学稳定性好，尺寸小且发光强度高等优点，可广泛用于生物标记、生物检测和生物成像等领域中。

本发明提供了上述亲水性的稀土纳米材料的制备方法其具体步骤为：

(1)将阴离子配体和稀土化合物按摩尔比为0.8～16，钠盐与稀土离子的摩尔比为0.1～10，溶于一定的乙醇或乙二醇中，并在20℃～60℃剧烈搅拌15～30min，然后将表面功能化配体盐加入到上述剧烈搅拌的溶液中，且表面功能化的配体和稀土离子的摩尔比为0.1～30，并继续搅拌20min～1h后转移到25或50mL水热釜内，进行水热处理。自然冷却后，用去离子水和乙醇依次离心2～5次(离心时转速为6000～10000r/min)，再将所得到的沉淀放到烘箱中在空气条件下60℃～120℃烘6～12h，即得所需要的亲水性稀土纳米材料。