[发明专利]一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用。所述近红外二区发光/测温纳米探针，包括SiOsubgt;2/subgt;核和包覆于所述SiOsubgt;2/subgt;核的四层壳层，所述壳层由内到外依次为激活层、过渡层、敏化层和惰性层；所述激活层为掺杂Ersupgt;3+/supgt;和Ybsupgt;3+/supgt;的Gdsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;层；所述过渡层为掺杂Ybsupgt;3+/supgt;的Gdsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;层；所述敏化层为掺杂Ndsupgt;3+/supgt;和Ybsupgt;3+/supgt;的Gdsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;层；所述惰性层为Gdsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;层。本发明通过设置核‑四层壳结构，使用多种稀土离子掺杂，在位于NIR‑I的808nm激发光下，能够发射波长位于NIR‑II的发射光，且显示出优异的温度依赖性，可同时应用于比率型纳米测温和基于荧光寿命的纳米测温。

技术领域

本发明涉及纳米探针技术领域，更具体的，涉及一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用。

背景技术

光热治疗作为靶向杀灭恶性肿瘤细胞从而治愈癌症的治疗手段，其原理是将搭载光热转换媒介的纳米探针靶向传递到癌细胞，探针在激光辐射下吸收光能转换为热能，使肿瘤组织温度升高至超过细胞能够存活的温度，进而使癌细胞热消融。冷冻治疗是利用对局部组织的冷冻，可控地破坏或切除活组织的治疗方法。对于冷冻治疗或光热治疗，必须精确把控生物组织温度，实现生物组织温度的精确监测，做到治疗过程实时温度反馈，以便于在肿瘤根除和防止健康组织损伤之间取得平衡。因此，研发一种高灵敏度的体内温度计就显得尤为重要。而传统的接触式温度计，如半导体温度计、热电偶温度计、液晶温度计等都是基于热胀冷缩或热电效应的测温原理，难以应用于精确物体测温；近红外辐射测温仪则难以微型化，只能测量物体表面温度。

近年来，基于发射光的荧光强度、强度比、寿命等与温度相关的光学参数的发光纳米温度计已经成为一种有前途的非接触式体内局部温度传感工具。发光纳米温度计按照其组成主要分为三种类型：有机染料、量子点和稀土掺杂纳米颗粒，其中稀土掺杂纳米颗粒因具有丰富的亚稳态与阶梯状能级而能够产生较大的斯托克斯位移、窄发射带宽和众多温度相关的非辐射弛豫，成为了近期的研究热点。

对于体内荧光成像与温度监测，选择合适的激发与发射波长是至关重要的。不同波长的光在生物组织中的穿透能力大相径庭，由此分为三个光学透明窗口：近红外一区(NIR-I)(波长750～950nm)、近红外二区a(NIR-IIa)(波长1000～1350nm)和近红外二区b(NIR-IIb)(波长1500～1700nm)，其中NIR-IIa和NIR-IIb统称为近红外二区。

已有现有技术(H.Suo,C.Guo,T.Li,Broad-scope thermometry based on dual-color modulation up-conversion phosphor Ba₅Gd₈Zn₄O₂₁:Er³⁺/Yb³⁺,J.Phys.Chem.C,120(2016)2914-2924.)报道了一种以Yb³⁺离子作为敏化剂的纳米探针，通过吸收980nm激光，经过上转换过程发射可见光用于纳米测温，但具有以下缺陷：(1)含水量很高的生物组织会吸收980nm激光而导致正常组织过热损伤；(2)可见光在生物组织中会快速耗散，而且会受到生物组织自发荧光的干扰，导致信噪比大大降低，纳米测温不够精准。

因此，需要开发出一种近红外二区发光/测温纳米探针，发射光波长位于NIR-II，发光强度高且温度敏感性好。

发明内容