[发明专利]一种近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备及应用领域，特别涉及一种近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料及其制备方法和应用，利用本发明近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料可实现近红外波长光激发纳米颗粒产生长余辉发光。

背景技术

近年来，荧光光学成像在生物医学中展现了很多独特的优势，如高灵敏性、无辐射危害、性价比高、便携以及适合需成像引导的外科手术。而伴随着纳米技术的快速发展，荧光光学成像与纳米技术的结合为疾病的诊断和治疗提供了新的前景。结合这两者的长余辉纳米颗粒(Persistent Luminescent Nanoparticles，PLNPs)，可以在成像前用光激发，在检测时没有任何外界光干扰，从而避免了激发光和自发荧光的干扰，因而很大的提高了生物成像中的信噪比。而有着近红外光发射的PLNPs，如Cr³⁺掺杂的镓酸盐ZnGa₂O₄:Cr³⁺及Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀:Cr³⁺等，在活体成像中有更多的优势，如更大的穿透深度、不需要同时激发、探测设备简单、无需添加滤光片等。

虽然PLNPs有着其独特的优势，但在生物应用的同时也存在很多的不足。由于近红外发射的长余辉纳米颗粒的激发光范围为230～600nm，处于紫外和可见光区，因而比较常用的激发光为紫外光和LED，这些光源穿透深度浅、发光效率低，从而降低了活体成像的效率。与此相比，650～1000nm为光的生物窗口，此区间内的光作用于生物体时，自发荧光弱、水吸收少、穿透深度大，是生物应用的最佳波长范围。

稀土离子掺杂的上转换发光纳米颗粒(Upconversion Nanoparticles，UCNPs)是一种新兴的发光纳米材料。它可在两个或多个低能量光子的激发下发射一个高能量光子，实现上转换发光，而且连续激光就可以激发。UCNPs通常由稀土离子(Tm³⁺，Ho³⁺，Er³⁺，Yb³⁺等)掺杂于纳米晶体(NaYF₄，Y₂O₃等)中构成复合纳米颗粒。相比有机染料和量子点等下转换发光材料，UCNPs有着众多不可替代的优势：无背景自发荧光、无光致漂白、无闪烁等。此外，这种材料还具有激发谱窄、发光光谱窄、激发光和发射光波长间距远等优点。优越的光学特性使得UCNPs近年来在生物传感检测、癌细胞成像、活体肿瘤成像和光动力治疗等生物光子学领域受到了广泛的应用。

通常掺杂Nd³⁺，Yb³⁺，Er³⁺，Tm³⁺，Ho³⁺等离子的UCNPs的激发光为近红外光，得到窄带发射的可见光。而这些可见光正好与PLNPs的吸收光匹配，可以作为PLNPs的激发光源。若通过合适的模式将两者结合起来，则可以通过近红外光激发纳米颗粒，并在生物体内达到长余辉的效果。这样将PLNPs和UCNPs二者优势完美的结合起来，无背景光、无自发荧光、高信噪比、探测设备简单、无需滤光片等，使得活体成像迈入一个新的时期，对于肿瘤和癌症等重大疾病的诊断和治疗有着重要的研究意义和社会价值。

发明内容

为了克服上述现有技术中普通长余辉纳米颗粒在光吸收范围的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料。本发明的近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料满足近红外(680～1000nm)光激发，产生红光长余辉发光。

本发明另一目的在于提供一种上述近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料在制备诊断肿瘤制剂、生物成像中的应用。具体可为利用本发明近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料作为传递媒介，实现近红外波长光激发纳米颗粒产生长余辉发光，从而应用于上述领域。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种近红外光激发上转换长余辉的复合纳米材料，由上转换纳米材料与长余辉纳米材料通过结合得到特殊组成的结构。

所述结合可为纳米结构杂化，包括直接连接和相互包裹等。