[发明专利]一种生物可降解的上转换核壳纳米晶、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种生物可降解的上转换核壳纳米晶、制备方法及其应用，涉及纳米材料技术领域。本发明中提供的纳米晶的化学表达式为：Na₃ZrF₇:Yb,Er@CaF₂,Yb，其中，“@”表示包覆；其制备方法首先采用高温溶剂热法生成粒径分布均匀的稀土掺杂的氟化锆基核纳米晶，接着采用外延生长法将CaF₂基壳层包覆在核纳米晶上，从而获得具备较强红色上转换荧光和生物可降解性能的核‑壳结构纳米材料。本发明采用简单易行、绿色环保的高温热解法制备核‑壳结构纳米晶，制备的产品同时具有较强的红色上转换荧光和生物可降解性能，其较强的上转换荧光有利于实现良好的光学成像效果，同时生物降解性能使得上转换纳米晶在发挥体内诊断和治疗功能后能够在活体内降解为可代谢的无害产物。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种生物可降解的上转换核壳纳米晶、制备方法及其应用。

背景技术

上转换发光过程是一种反斯托克斯过程，指两个或两个以上低能量光子(通常为近红外光子)被吸收后转化为一个高能量光子的发光现象。通过将生物组织穿透较深的近红外光子转化为可见或紫外光子，稀土上转换纳米晶的荧光信号能够在深层组织内被检测和实现二次激发，使得其体内生物应用成为可能。

稀土上转换纳米晶在应用于光学成像时具有较深的组织穿透深度、较低的自发荧光和优异的抗光漂白性能，因此利用稀土上转换纳米晶体作为光学诊断和治疗工具已成为近年来一个极其活跃和激动人心的研究方向。在生物应用方面，研究者们期待稀土上转换纳米晶体在发挥体内诊断和治疗功能后能够降解成可系统清除的无害产物(例如，水溶性或者尺寸小于5.5nm的小尺寸纳米物质)，从而使这些稀土上转换纳米晶体就可以在合理期限内从生物体内被无害地排出。不过，目前所开发的稀土上转换纳米晶体，以最具代表性的NaYF₄:Yb,Er为例，其特点是“刚性”和生理惰性且用来增强上转换发光效率的晶格声子能量较低(500cm^-1)，这使得它无法在体内降解，尤其是在温和的生理微环境中。即使被包裹水溶性功能配体，这类稀土上转换纳米晶体仍会在重要器官中积累，不可避免地增加对生物体造成损害的可能性，如肝脏和脾脏坏死。尽管稀土上转换纳米晶体具有多种生物应用的巨大潜力，但这种困境已经成为其临床应用的最大障碍之一。

综上，制备以近红外光作激发光源，具备较强上转换发光和生物可降解性能的稀土氟化物纳米晶的方案或路线还没有报道过。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物可降解的上转换核壳纳米晶、制备方法及其应用，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种生物可降解的上转换核壳纳米晶，所述生物可降解的上转换发光核-壳结构纳米晶的化学表达式为：Na₃ZrF₇:Yb,Er@CaF₂,Yb，其中，“@”表示包覆。

本发明的另一个目的在于提供一种生物可降解的上转换核壳纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

S1，采用稀土金属镱和铒的氧化物和三氟乙酸溶液反应后得到稀土金属镱和铒的三氟乙酸盐；

S2，利用步骤S1中制得的稀土金属镱和铒的三氟乙酸盐和醋酸锆固体为原料，采用高温溶剂热法制备Na₃ZrF₇:Yb,Er核纳米晶；

S3，将Ca(CF₃COO)₂和三氟乙酸镱加入装有步骤S2中得到的核纳米晶的三口烧瓶中，采用包覆法制备核-壳纳米晶Na₃ZrF₇:20％Yb,2％Er@CaF₂:20％Yb。

优选的，步骤S1中具体包括：