一種中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米顆粒(upconvers1n nanoparticle, UCNP)能夠?qū)⒔t外光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，具有無(wú)背景熒光、低毒性、高光穩(wěn)定性和較深的光穿透深度等優(yōu)勢(shì)，因此在各種生物應(yīng)用中引起廣泛關(guān)注。被公認(rèn)為最佳的載體之一的介孔二氧化娃(mesoporoussilica, MS)由于孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)可調(diào)等特點(diǎn)，經(jīng)常被用于結(jié)合UCNP，使其獲得載藥和生物偶聯(lián)等更多功能。近幾年，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了很多UCNP-MS復(fù)合材料，應(yīng)用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光監(jiān)控的化療、基于近紅外光的光動(dòng)力學(xué)治療和近紅外光觸發(fā)的藥物緩釋等。在這些復(fù)合材料中，一種中空核殼結(jié)構(gòu)材料，即UCNP和MS之間含有空腔，可容納更多客體分子并提供特殊環(huán)境的材料尤為突出。
[0003]目前，合成UCNP-MS中空核殼結(jié)構(gòu)材料主要采用“先核后殼”方法，即先合成稀土摻雜氟化物納米晶，在稀土摻雜氟化物納米晶上包覆二氧化硅或介孔二氧化硅殼層后，再對(duì)殼層進(jìn)行選擇性腐蝕形成中空結(jié)構(gòu)。該方法步驟較為繁瑣，合成納米晶所采用的共沉淀或高溫?zé)岱纸夥椒ň枰罅扛叻悬c(diǎn)有機(jī)溶劑。并且采用“先核后殼”的方法，一方面氟化物內(nèi)核過(guò)大時(shí)分散性不好，不易進(jìn)行二氧化硅包覆；另外一方面，二氧化硅包覆太厚時(shí)顆粒容易團(tuán)聚，因此獲得的UCNP-MS中空核殼結(jié)構(gòu)材料尺寸不超過(guò)150nm，可調(diào)范圍有限，得到的發(fā)光納米球無(wú)法達(dá)到幾百納米的尺寸。
[0004]因此急需發(fā)展一種更為簡(jiǎn)單有效的制備方法，能夠獲得不同發(fā)光納米球尺寸，不同稀土氟化物內(nèi)核和不同改性二氧化硅外殼的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球及其制備方法和用途，該方法不需要高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，僅通過(guò)高溫焙燒即可獲得純相稀土摻雜三元氟化物，簡(jiǎn)單可控；并且還可通過(guò)選擇不同前驅(qū)體和不同硅源進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)核稀土摻雜三元氟化物和二氧化硅殼層的種類，最終可以獲得不同尺寸，不同稀土氟化物內(nèi)核和介孔二氧化硅外殼的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)制備中空介孔二氧化硅納米球；
[0008](2)將稀土摻雜三元氟化物的前驅(qū)體引入到步驟⑴制備的所述中空介孔二氧化娃納米球的空腔內(nèi)；
[0009](3)對(duì)空腔內(nèi)已填充所述前驅(qū)體的二氧化硅納米球焙燒，以使前驅(qū)體生成稀土摻雜三元氟化物，從而得到中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球。
[0010]進(jìn)一步地，步驟⑵包括:
[0011]在真空條件下，將所述前驅(qū)體加入(如注射方式加入)到中空介孔二氧化硅納米球固體粉末中，攪拌，去除真空后，繼續(xù)攪拌；以及離心分離后收集固體，干燥，得到固體物質(zhì)。
[0012]優(yōu)選先攪拌0.1?2小時(shí)，去除真空后，繼續(xù)攪拌0.5?10小時(shí)。
[0013]例如可以是先攪拌1小時(shí)，去除真空后繼續(xù)攪拌1小時(shí)，離心后收集固體，在110°C干燥過(guò)夜，得到干燥固體物質(zhì)?；蛘呦葦嚢?.5小時(shí)，去除真空后繼續(xù)攪拌6小時(shí)，離心后收集固體，80 °C干燥過(guò)夜，得到干燥固體物質(zhì)。
[0014]進(jìn)一步地，步驟(3)包括:
[0015]將已填充所述前驅(qū)體的二氧化硅納米球置于馬弗爐內(nèi)，升溫至180?230°C，保溫焙燒4?24小時(shí)，繼續(xù)升溫至230?600°C保溫焙燒1?12小時(shí)；優(yōu)選繼續(xù)升溫至300?500°C保溫焙燒3?8小時(shí)。
[0016]例如可以是1°C /分鐘升溫至230°C焙燒4小時(shí)，繼續(xù)1°C /分鐘升溫至500°C焙燒4小時(shí)；或者可以是以1°C /分鐘升溫至230°C焙燒4小時(shí)，繼續(xù)1°C /分鐘升溫至300°C焙燒4小時(shí)。
[0017]進(jìn)一步地，中空介孔二氧化娃納米球?yàn)橹锌諢o(wú)機(jī)介孔二氧化娃納米球或者中空有機(jī)介孔二氧化娃納米球。
[0018]優(yōu)選地，中空無(wú)機(jī)介孔二氧化硅納米球是通過(guò)聚合物小球模板法或陽(yáng)離子表面活性劑輔助選擇性腐蝕法制備得到的。
[0019]中空有機(jī)介孔二氧化硅納米球是在聚合物小球模板法或陽(yáng)離子表面活性劑輔助選擇性腐蝕法制備過(guò)程中采用三烷氧基硅烷代替正硅酸乙酯。
[0020]進(jìn)一步地，步驟(3)中生成的稀土摻雜三元氟化物的分子通式為ALnF4:Yb，X ;其中，A為堿金屬Li，Na和K中的一種或多種，Ln為稀土元素，優(yōu)選為Y、Gd或Lu ；Yb和X為稀土摻雜離子，優(yōu)選X為Er、Tm或Ho。
[0021]進(jìn)一步地，前驅(qū)體包括以下組分:稀土的三氟乙酸鹽和摻雜稀土的三氟乙酸鹽；優(yōu)選包括以下組分:堿金屬的三氟乙酸鹽、稀土的三氟乙酸鹽和摻雜稀土的三氟乙酸鹽。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選地，前驅(qū)體為CF3C00A，Ln (CF3C00) 3，Yb (CF3C00) 3和 X (CF 3C00) 3的混合物；其中，A選自堿金屬Li，Na，和K中的一種或多種；Ln為稀土元素，優(yōu)選Ln可以為Y、Gd或Lu ；Yb和X為稀土摻雜離子，優(yōu)選X為Er、Tm或Ho ;
[0023]優(yōu)選地，前驅(qū)體以溶液形式加入，前驅(qū)體溶液的總摩爾濃度為0.1?3mmol/L，進(jìn)一步優(yōu)選為0.8?2.0mmol/Lo例如可以為1.05mmol/L或者0.9mmol/L。溶液中的溶劑優(yōu)選為去離子水。優(yōu)選地，前驅(qū)體中各元素的摩爾比為L(zhǎng)n:A:Yb:X = 0.78: (1?4): (0.1?0.5):(0.01 ?0.05)。例如各元素的摩爾比可以為 Y:Na:Yb:Er = 0.78:2.5:0.2:0.02。
[0024]本發(fā)明還提供了一種采用上述任一種方法制備的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球，該納米球包括稀土摻雜三元氟化物內(nèi)核、介孔二氧化娃納米球殼層以及位于內(nèi)核與所述殼層中間的空腔；優(yōu)選地，介孔二氧化硅殼層為無(wú)機(jī)介孔二氧化硅納米球殼層或者有機(jī)介孔二氧化娃納米球殼層；優(yōu)選地，介孔二氧化娃納米球殼層的厚度為5?50nm，例如可以是15、30、35或者40nm。
[0025]優(yōu)選地，中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球的尺寸為20?800nm ;優(yōu)選為60?300nm ;進(jìn)一步優(yōu)選為80?240nm ;例如可以是80、160、200或者240nm。
[0026]可選地，稀土摻雜三元氟化物占所述中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球的10 ?90wt %，優(yōu)選 60 ?80wt %。
[0027]其中，所述稀土摻雜三元氟化物的分子通式為ALnF4:Yb，X ;其中，A為堿金屬Li，Na和K中的一種或多種，Ln為稀土元素，優(yōu)選為Y、Gd或Lu ;Yb和X為稀土摻雜離子，優(yōu)選X 為 Er、Tm 或 Ho。
[0028]優(yōu)選地，前驅(qū)體中各元素的摩爾比例為L(zhǎng)n:A:Yb:X = 0.78: (1?4): (0.1?0.5):(0.01 ?0.05);例如各元素的摩爾比例可以為 Y:Na:Yb:Er = 0.78:2.5:0.2:0.02o
[0029]本發(fā)明還提供了一種復(fù)合物，該復(fù)合物由上述任一種方法制備得到的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球和負(fù)載在納米球的空腔中和殼層介孔上的藥物和/或光敏劑組成；優(yōu)選地，藥物例如為阿霉素、甲氨蝶呤等，更優(yōu)選為阿霉素。優(yōu)選的，藥物的負(fù)載量(即藥物占復(fù)合物的質(zhì)量百分比)大于15wt %，優(yōu)選20?40wt %，例如可以為20wt %、28wt %、30wt %、33wt % 或者 37wt % 等。
[0030]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種藥物組合物，該藥物組合物包括上述的復(fù)合物。
[0031]本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種上述的復(fù)合物在制備用于治療腫瘤的藥物中的用途。
[0032]本發(fā)明的有益效果:
[0033]本發(fā)明所提供的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球的制備方法完全不同于現(xiàn)有技術(shù)中采用“先核后殼”的方法，本發(fā)明采用“先殼后核”步驟，先將稀土摻雜三元氟化物的前驅(qū)體填充到中空介孔二氧化硅內(nèi)，然后在某一溫度下焙燒使所述前驅(qū)體熱解，獲得純相的稀土摻雜三元氟化物，從而獲得中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的合成方法(熱分解或共沉淀等)需要在高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，且需要精心控制溶劑比例、溫度和時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)的方案，本發(fā)明所提供的合成方法不需要高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，僅通過(guò)簡(jiǎn)單高溫焙燒即可獲得純相的稀土摻雜三元氟化物，制備方法比較簡(jiǎn)單。
[0034]此外，本發(fā)明可分別通過(guò)選擇不同的前驅(qū)體和不同硅源進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)核稀土摻雜三元氟化物和二氧化硅殼層的種類，由于可對(duì)三元氟化物的前驅(qū)體進(jìn)行種類選擇和濃度調(diào)變，使得三元氟化物的物相、尺寸和發(fā)光均可以調(diào)控。由于硅源可選擇，從而制備出含有不同有機(jī)官能團(tuán)的的中空介孔二氧化娃作為外殼。由于中空介孔二氧化娃外殼的合成尺寸范圍較寬，可以制備出尺寸可在幾十至幾百納米范圍內(nèi)調(diào)控的發(fā)光納米球。因此，本發(fā)明采用“先殼后核”的制備方法在獲得較大尺寸范圍發(fā)光納米球的同時(shí)，也得到了不同稀土摻雜三元氟化物內(nèi)核和不同介孔二氧化硅外殼的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米球，使得其具有強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光能力。
[0035]本發(fā)明制備的中空核殼結(jié)構(gòu)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光