一种中空核壳结构稀土上转换发光纳米球及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米复合材料技术领域，具体而言，涉及一种中空核壳结构稀土上转换发光纳米球及其制备方法和用途。
【背景技术】
[0002]稀土掺杂上转换纳米颗粒(upconvers1n nanoparticle, UCNP)能够将近红外光转换成可见光，具有无背景荧光、低毒性、高光稳定性和较深的光穿透深度等优势，因此在各种生物应用中引起广泛关注。被公认为最佳的载体之一的介孔二氧化娃(mesoporoussilica, MS)由于孔结构和表面性质可调等特点，经常被用于结合UCNP，使其获得载药和生物偶联等更多功能。近几年，国内外发展了很多UCNP-MS复合材料，应用于上转换发光监控的化疗、基于近红外光的光动力学治疗和近红外光触发的药物缓释等。在这些复合材料中，一种中空核壳结构材料，即UCNP和MS之间含有空腔，可容纳更多客体分子并提供特殊环境的材料尤为突出。
[0003]目前，合成UCNP-MS中空核壳结构材料主要采用“先核后壳”方法，即先合成稀土掺杂氟化物纳米晶，在稀土掺杂氟化物纳米晶上包覆二氧化硅或介孔二氧化硅壳层后，再对壳层进行选择性腐蚀形成中空结构。该方法步骤较为繁琐，合成纳米晶所采用的共沉淀或高温热分解方法均需要大量高沸点有机溶剂。并且采用“先核后壳”的方法，一方面氟化物内核过大时分散性不好，不易进行二氧化硅包覆；另外一方面，二氧化硅包覆太厚时颗粒容易团聚，因此获得的UCNP-MS中空核壳结构材料尺寸不超过150nm，可调范围有限，得到的发光纳米球无法达到几百纳米的尺寸。
[0004]因此急需发展一种更为简单有效的制备方法，能够获得不同发光纳米球尺寸，不同稀土氟化物内核和不同改性二氧化硅外壳的中空核壳结构稀土上转换发光材料。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种中空核壳结构稀土上转换发光纳米球及其制备方法和用途，该方法不需要高沸点的有机溶剂，仅通过高温焙烧即可获得纯相稀土掺杂三元氟化物，简单可控；并且还可通过选择不同前驱体和不同硅源进而调节内核稀土掺杂三元氟化物和二氧化硅壳层的种类，最终可以获得不同尺寸，不同稀土氟化物内核和介孔二氧化硅外壳的中空核壳结构稀土上转换发光纳米球。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种中空核壳结构稀土上转换发光纳米球的制备方法，包括以下步骤:
[0007](1)制备中空介孔二氧化硅纳米球；
[0008](2)将稀土掺杂三元氟化物的前驱体引入到步骤⑴制备的所述中空介孔二氧化娃纳米球的空腔内；
[0009](3)对空腔内已填充所述前驱体的二氧化硅纳米球焙烧，以使前驱体生成稀土掺杂三元氟化物，从而得到中空核壳结构稀土上转换发光纳米球。
[0010]进一步地，步骤⑵包括:
[0011]在真空条件下，将所述前驱体加入(如注射方式加入)到中空介孔二氧化硅纳米球固体粉末中，搅拌，去除真空后，继续搅拌；以及离心分离后收集固体，干燥，得到固体物质。
[0012]优选先搅拌0.1?2小时，去除真空后，继续搅拌0.5?10小时。
[0013]例如可以是先搅拌1小时，去除真空后继续搅拌1小时，离心后收集固体，在110°C干燥过夜，得到干燥固体物质。或者先搅拌0.5小时，去除真空后继续搅拌6小时，离心后收集固体，80 °C干燥过夜，得到干燥固体物质。
[0014]进一步地，步骤(3)包括:
[0015]将已填充所述前驱体的二氧化硅纳米球置于马弗炉内，升温至180?230°C，保温焙烧4?24小时，继续升温至230?600°C保温焙烧1?12小时；优选继续升温至300?500°C保温焙烧3?8小时。
[0016]例如可以是1°C /分钟升温至230°C焙烧4小时，继续1°C /分钟升温至500°C焙烧4小时；或者可以是以1°C /分钟升温至230°C焙烧4小时，继续1°C /分钟升温至300°C焙烧4小时。
[0017]进一步地，中空介孔二氧化娃纳米球为中空无机介孔二氧化娃纳米球或者中空有机介孔二氧化娃纳米球。
[0018]优选地，中空无机介孔二氧化硅纳米球是通过聚合物小球模板法或阳离子表面活性剂辅助选择性腐蚀法制备得到的。
[0019]中空有机介孔二氧化硅纳米球是在聚合物小球模板法或阳离子表面活性剂辅助选择性腐蚀法制备过程中采用三烷氧基硅烷代替正硅酸乙酯。
[0020]进一步地，步骤(3)中生成的稀土掺杂三元氟化物的分子通式为ALnF4:Yb，X ;其中，A为碱金属Li，Na和K中的一种或多种，Ln为稀土元素，优选为Y、Gd或Lu ；Yb和X为稀土掺杂离子，优选X为Er、Tm或Ho。
[0021]进一步地，前驱体包括以下组分:稀土的三氟乙酸盐和掺杂稀土的三氟乙酸盐；优选包括以下组分:碱金属的三氟乙酸盐、稀土的三氟乙酸盐和掺杂稀土的三氟乙酸盐。
[0022]进一步优选地，前驱体为CF3C00A，Ln (CF3C00) 3，Yb (CF3C00) 3和 X (CF 3C00) 3的混合物；其中，A选自碱金属Li，Na，和K中的一种或多种；Ln为稀土元素，优选Ln可以为Y、Gd或Lu ；Yb和X为稀土掺杂离子，优选X为Er、Tm或Ho ;
[0023]优选地，前驱体以溶液形式加入，前驱体溶液的总摩尔浓度为0.1?3mmol/L，进一步优选为0.8?2.0mmol/Lo例如可以为1.05mmol/L或者0.9mmol/L。溶液中的溶剂优选为去离子水。优选地，前驱体中各元素的摩尔比为Ln:A:Yb:X = 0.78: (1?4): (0.1?0.5):(0.01 ?0.05)。例如各元素的摩尔比可以为 Y:Na:Yb:Er = 0.78:2.5:0.2:0.02。
[0024]本发明还提供了一种采用上述任一种方法制备的中空核壳结构稀土上转换发光纳米球，该纳米球包括稀土掺杂三元氟化物内核、介孔二氧化娃纳米球壳层以及位于内核与所述壳层中间的空腔；优选地，介孔二氧化硅壳层为无机介孔二氧化硅纳米球壳层或者有机介孔二氧化娃纳米球壳层；优选地，介孔二氧化娃纳米球壳层的厚度为5?50nm，例如可以是15、30、35或者40nm。
[0025]优选地，中空核壳结构稀土上转换发光纳米球的尺寸为20?800nm ;优选为60?300nm ;进一步优选为80?240nm ;例如可以是80、160、200或者240nm。
[0026]可选地，稀土掺杂三元氟化物占所述中空核壳结构稀土上转换发光纳米球的10 ?90wt %，优选 60 ?80wt %。
[0027]其中，所述稀土掺杂三元氟化物的分子通式为ALnF4:Yb，X ;其中，A为碱金属Li，Na和K中的一种或多种，Ln为稀土元素，优选为Y、Gd或Lu ;Yb和X为稀土掺杂离子，优选X 为 Er、Tm 或 Ho。
[0028]优选地，前驱体中各元素的摩尔比例为Ln:A:Yb:X = 0.78: (1?4): (0.1?0.5):(0.01 ?0.05);例如各元素的摩尔比例可以为 Y:Na:Yb:Er = 0.78:2.5:0.2:0.02o
[0029]本发明还提供了一种复合物，该复合物由上述任一种方法制备得到的中空核壳结构稀土上转换发光纳米球和负载在纳米球的空腔中和壳层介孔上的药物和/或光敏剂组成；优选地，药物例如为阿霉素、甲氨蝶呤等，更优选为阿霉素。优选的，药物的负载量(即药物占复合物的质量百分比)大于15wt %，优选20?40wt %，例如可以为20wt %、28wt %、30wt %、33wt % 或者 37wt % 等。
[0030]本发明进一步提供了一种药物组合物，该药物组合物包括上述的复合物。
[0031]本发明还进一步提供了一种上述的复合物在制备用于治疗肿瘤的药物中的用途。
[0032]本发明的有益效果:
[0033]本发明所提供的中空核壳结构稀土上转换发光纳米球的制备方法完全不同于现有技术中采用“先核后壳”的方法，本发明采用“先壳后核”步骤，先将稀土掺杂三元氟化物的前驱体填充到中空介孔二氧化硅内，然后在某一温度下焙烧使所述前驱体热解，获得纯相的稀土掺杂三元氟化物，从而获得中空核壳结构稀土上转换发光纳米球。相对于现有技术中的合成方法(热分解或共沉淀等)需要在高沸点有机溶剂中，且需要精心控制溶剂比例、温度和时间才能实现的方案，本发明所提供的合成方法不需要高沸点的有机溶剂，仅通过简单高温焙烧即可获得纯相的稀土掺杂三元氟化物，制备方法比较简单。
[0034]此外，本发明可分别通过选择不同的前驱体和不同硅源进而调节内核稀土掺杂三元氟化物和二氧化硅壳层的种类，由于可对三元氟化物的前驱体进行种类选择和浓度调变，使得三元氟化物的物相、尺寸和发光均可以调控。由于硅源可选择，从而制备出含有不同有机官能团的的中空介孔二氧化娃作为外壳。由于中空介孔二氧化娃外壳的合成尺寸范围较宽，可以制备出尺寸可在几十至几百纳米范围内调控的发光纳米球。因此，本发明采用“先壳后核”的制备方法在获得较大尺寸范围发光纳米球的同时，也得到了不同稀土掺杂三元氟化物内核和不同介孔二氧化硅外壳的中空核壳结构稀土上转换发光纳米球，使得其具有强的上转换发光能力。
[0035]本发明制备的中空核壳结构稀土上转换发光