一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法。所述核壳型多功能纳米材料的内核为上转换纳米发光材料，外壳为碱性锰化合物，所述内核与外壳之间还沉积有纳米金颗粒。本发明的核壳型多功能纳米材料，可同时实现荧光检测和磁共振成像分析。核材料为稀土上转换纳米发光材料，可实现荧光标记/成像功能；壳材料为碱性锰化合物，进入肿瘤细胞后，碱性锰化合物分解为MRI造影剂Mn2+，可准确的实现对肿瘤细胞的MRI成像；同时释放出荧光上转换内核材料，实现上转换荧光成像。由于纳米金具有光热作用和CT成像功能，该纳米复合材料进入肿瘤细胞后，在实现荧光和MRI双功能成像的同时，还可实现CT成像和光热治疗功能。
【专利说明】
一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及医学标记和成像材料领域，尤其涉及一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法。【背景技术】
[0002]稀土上转换纳米发光材料(UCNPs)是一类可以在红外光激发下发出可见光的纳米材料。该类材料具有广泛的应用空间，如红外探测器件、生物分子荧光标记、三维显示、防伪和太阳能上转换器件等。其中在医学标记和成像领域，稀土上转换纳米发光材料能够消除来自生物内源性荧光物质的背景干扰，对所要成像的对象具有很高灵敏度，引起了人们广泛的关注。
[0003]磁共振成像(MRI)是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号， 并重建出人体信息。磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像。进一步采用 MRI造影剂，可显著缩短组织在外磁场作用下的共振时间、增大对比信号的差异、提高成像对比度和清晰度。临床上常用的MRI造影剂是小分子的钆配合物造影剂。
[0004]CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、 Y射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，可用于多种疾病的检查。配合造影剂，进行造影扫描，可清楚显示肿瘤组织。
[0005]鉴于UCNPs发光材料和MRI造影剂在医学分析/成像领域的广泛应用，研究人员已经开发出了有上转换发光和MRI造影两种功能的新材料。如掺杂的NaGdF4纳米材料具有良好的荧光和顺磁特性能，除了荧光标记和成像功能，在磁共振检测当中也可以作为造影剂， 能够增强分辨率，适合生物体的应用。
[0006]在具体使用中，上述纳米材料经标记后进入特定肿瘤细胞，进而经检测仪器成像。 由于CT成像、磁共振成像、荧光成像三者各有特点，把这三者有机地结合，可以更准确的确定肿瘤细胞的位置，大大提高诊断准确率。
[0007]同时，无论何种成像方式，其成像精确程度依赖于成像材料对肿瘤的识别能力，标记不成功或识别不成功的纳米颗粒可以随机进入正常细胞，从而把正常细胞识别为肿瘤细胞，对治疗造成干扰。
[0008]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法，旨在解决现有功能纳米材料应用在成像领域中容易对检测造成干扰的问题。
[0010]本发明的技术方案如下:一种核壳型多功能纳米材料，其中，所述核壳型多功能纳米材料的内核为上转换纳米发光材料，外壳为碱性锰化合物，所述内核与外壳之间还沉积有纳米金颗粒。
[0011]所述的核壳型多功能纳米材料，其中，所述上转换纳米发光材料为稀土上转换纳米发光材料。
[0012]所述的核壳型多功能纳米材料，其中，所述稀土上转换纳米发光材料为含有稀土离子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物。[0〇13]所述的核壳型多功能纳米材料，其中，所述稀土上转换纳米发光材料为镱铒双掺杂材料。
[0014]所述的核壳型多功能纳米材料，其中，所述碱性猛化合物为纳米二氧化猛或纳米氢氧化锰或纳米碳酸锰。
[0015]—种核壳型多功能纳米材料的制备方法，其中，包括步骤:A、上转换纳米发光材料的合成:将NaOH、蒸馏水、乙醇、油酸、表面活性剂搅拌混合形成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，搅拌均匀，然后逐滴加入NaF溶液，搅拌均匀，转移至反应釜中反应一段时间后，自然冷却到室温，收集得到上转换纳米发光材料；B、水溶性上转换纳米发光材料的合成:将上转换纳米发光材料溶于水中，调节溶液pH 至3.0?5.0，搅拌一段时间，得到水溶性上转换纳米发光材料；C、纳米金溶液的合成:将氯金酸稀释并搅拌，搅拌过程中加入柠檬酸钠，并煮沸，煮沸至溶液颜色为酒红色，即得纳米金溶液；D、修饰壳聚糖的纳米金溶液的合成:将EDC与纳米金溶液混合搅拌，再加入壳聚糖，搅拌过夜，即得修饰壳聚糖的纳米金溶液；E、纳米金包裹的上转换纳米发光材料的合成:将水溶性上转换纳米发光材料与修饰有壳聚糖的纳米金溶液混合均勾，即得纳米金包裹的上转换纳米发光材料。
[0016]F、在水溶性上转换纳米发光材料上修饰碱性锰化合物:将纳米金包裹的上转换纳米发光材料、2-N-吗啉代乙磺酸缓冲溶液、锰化合物母材料进行混合，然后经过离心分离和清洗，除去上清液，即得到碱性锰化合物为外壳的上转换纳米发光材料。
[0017]所述的核壳型多功能纳米材料的制备方法，其中，所述步骤A中，收集上转换纳米发光材料的方法如下:用环己烷溶解和收集上转换纳米发光材料，再加入乙醇使样品析出，离心分离得到的沉淀用乙醇和蒸馏水洗涤2-3次，最后在真空烘箱干燥。
[0018]所述的核壳型多功能纳米材料的制备方法，其中，所述步骤A中，所述表面活性剂包括离子型、非离子型、极性和非极性表面活性剂。
[0019]有益效果:本发明的核壳型多功能纳米材料，可同时实现荧光检测和磁共振成像分析。核材料为稀土上转换纳米发光材料，可实现焚光标记/成像功能;壳材料为碱性猛化合物，进入肿瘤细胞后，分解为MRI造影剂Mn2+，而在正常细胞中，碱性锰化合物不分解，MRI 仅有较弱的背景成像，从而准确的实现对肿瘤细胞的MRI成像。由于纳米金具有光热作用和 CT成像功能，该纳米复合材料进入肿瘤细胞后，在实现荧光和MRI双功能成像的同时，还可以实现CT成像和光热治疗功能。【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1中添加聚乙烯吡咯酮极性活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。
[0021]图2为本发明实施例1中添加羧甲基纤维素非极性活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。
[0022]图3为本发明实施例1中添加曲拉通非离子型表面活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。
[0023]图4为本发明实施例1中添加16-烷基磺酸钠离子型表面活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。【具体实施方式】
[0024]本发明提供一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]本发明提供一种核壳型多功能纳米材料，其中，所述核壳型多功能纳米材料的内核为上转换纳米发光材料，外壳为碱性锰化合物，所述内核与外壳之间还沉积有纳米金颗粒。本发明的核壳型多功能纳米材料，核材料为上转换纳米发光材料，可实现焚光标记/成像功能;壳材料为碱性锰化合物，进入肿瘤细胞后，分解为MRI造影剂Mn2+，而在正常细胞中， 碱性锰化合物不分解，MRI仅有较弱的背景成像，从而准确的实现对肿瘤细胞的MRI成像。由于纳米金具有光热作用和CT成像功能，该纳米复合材料进入肿瘤细胞后，在实现荧光和MRI 双功能成像的同时，还可以实现CT成像和光热治疗功能。
[0026]进一步地，本发明还可在碱性锰化合物表面标记抗体。本发明所述碱性锰化合物的表面可以标记有一种或多种抗体。例如，本发明所述碱性锰化合物的表面可以标记有一种可识别特异肿瘤细胞的抗体，以保证上转换纳米发光材料能够进入特定的肿瘤细胞;所述碱性锰化合物的表面还可以标记有多种可识别特异肿瘤细胞的抗体，以保证上转换纳米发光材料能够进入多种肿瘤细胞，实现对多种肿瘤细胞的同时检测。[〇〇27]优选地，作为核材料的所述上转换纳米发光材料可以为任意具有上转换发光功能的含有稀土离子的稀土上转换纳米发光材料。例如，所述稀土上转换纳米发光材料可以为但不限于含有稀土离子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物等。更优选地，所述稀土上转换纳米发光材料为镱铒双掺杂材料，其中，镱作为敏化剂，铒作为激活剂。所述镱铒双掺杂材料具有极高的上转换发光效率。
[0028]优选地，所述碱性锰化合物可以为纳米二氧化锰或纳米氢氧化锰或纳米碳酸锰等碱性锰化合物。上述碱性锰化合物进入肿瘤细胞后，分解为MRI造影剂Mn2+，而在正常细胞中，碱性锰化合物不分解，MRI仅有较弱的背景成像，从而准确的实现对肿瘤细胞的MRI成像。[0〇29]基于上述核壳型多功能纳米材料，本发明还提供一种核壳型多功能纳米材料的制备方法，其中，包括步骤:A、上转换纳米发光材料的合成:将NaOH、蒸馏水、乙醇、油酸、表面活性剂搅拌混合形成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，搅拌均匀，然后逐滴加入NaF溶液，搅拌均匀，转移至反应釜中反应一段时间后，自然冷却到室温，收集得到上转换纳米发光材料；B、水溶性上转换纳米发光材料的合成:将上转换纳米发光材料溶于水中，调节溶液pH 至3.0?5.0，搅拌一段时间，得到水溶性上转换纳米发光材料；C、纳米金溶液的合成:将氯金酸稀释并搅拌，搅拌过程中加入柠檬酸钠，并煮沸，煮沸至溶液颜色为酒红色，即得纳米金溶液；D、修饰壳聚糖的纳米金溶液的合成:将EDC与纳米金溶液混合搅拌，再加入壳聚糖，搅拌过夜，即得修饰壳聚糖的纳米金溶液；E、纳米金包裹的上转换纳米发光材料的合成:将水溶性上转换纳米发光材料与修饰有壳聚糖的纳米金溶液混合均勾，即得纳米金包裹的上转换纳米发光材料。
[0030] F、在水溶性上转换纳米发光材料上修饰碱性锰化合物:将纳米金包裹的上转换纳米发光材料、2-N-吗啉代乙磺酸缓冲溶液、锰化合物母材料进行混合，然后经过离心分离和清洗，除去上清液，即得到碱性锰化合物为外壳的上转换纳米发光材料。通过本发明上述制备方法，得到的上转换纳米发光材料，可实现荧光标记/成像、MRI成像和CT成像三种成像类型。还可以利用纳米金实现光热治疗功能。[0〇31 ]优选地，所述步骤A中，收集上转换纳米发光材料的方法如下:用环己烷溶解和收集上转换纳米发光材料，再加入乙醇使样品析出，离心分离得到的沉淀用乙醇和蒸馏水洗涤2-3次，最后在真空烘箱干燥。
[0032]优选地，所述步骤A中，所述表面活性剂包括离子型、非离子型、极性和非极性表面活性剂。上述表面活性剂对荧光上转换发光颗粒的形貌有影响。
[0033]更优选的，极性表面活性剂为聚乙烯吡咯酮;非极性表面活性剂为羧甲基纤维素； 离子型表面活性剂为曲拉通;非离子型表面活性剂为16-烷基磺酸钠。表面活性剂对样品形貌有着重要作用，通过添加上述这类表面活性剂，合成的样品形状可控，而且分散性很好， 几乎都能单独分散开来。同时合成出来的样品发光效率与不使用表面活性剂相当，甚至有所增强。
[0034]下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0035]实施例11)、上转换纳米发光材料的合成:2g NaOH，7mL蒸馏水，12mL乙醇，20mL油酸混合，磁力搅拌形成透明溶液，再加入〇.〇775g YbCl3 ? 6H20、0.2367g YC13 ? 6H20和0.00541g ErCl3的 2mL稀土化合物水溶液(78%Y，20%Yb，2%Er)2mL，加入0.lg表面活性剂，搅拌均匀。逐滴加入 5mL lmol/L的NaF溶液，搅拌lOmin，转移至50mL的反应釜，在200°C反应15h，在烘箱内自然冷却到室温。取出，用环己烷溶解和收集，再加入乙醇使样品析出，以8000rpm/min离心分离 lOmin，得到的沉淀用乙醇和蒸馏水洗涤2-3次，最后以90°C在真空烘箱干燥4h，即得上转换纳米发光材料。采用SEM得到的上转换纳米发光材料形貌图为图1、图2、图3及图4所示。其中，图1为本实施例1中添加聚乙烯吡咯酮极性活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。 图2为本发明实施例1中添加羧甲基纤维素非极性活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM 图。图3为本发明实施例1中添加曲拉通非离子型表面活性剂的得到的上转换纳米发光材料 SEM图。图4为本发明实施例1中添加16-烷基磺酸钠离子型表面活性剂的得到的上转换纳米发光材料SEM图。结果显示:有圆形和不规则长条形等形貌。颗粒大小和形貌随表面活性剂的种类不同有所变化，因而通过添加不同的表面活性剂可以控制纳米材料的形貌。这是因为表面活性剂对样品形貌有着重要作用，通过添加这类表面活性剂，合成的样品形状可控， 而且分散性很好，几乎都能单独分散开来。同时合成出来的样品发光效率与不使用表面活性剂相当，甚至有所增强。[〇〇36]2)、水溶性上转换纳米发光材料的合成:称取上述的上转换纳米发光材料50mg溶于50mL的蒸馏水，配成lmg/mL的溶液，加入0.1 mol/L的HC1，调节溶液pH至4.0，磁力搅拌 2h，得到质子化的油酸上转化纳米发光材料，即得水溶性好的水溶性上转换纳米发光材料。 [0〇37]3)、纳米金溶液的合成:50此1%氯金酸稀释至50mL，以650rpm/min的转速搅拌，煮沸，迅速加入0.5mL 1%的柠檬酸钠，煮沸至溶液颜色为酒红色，即得纳米金溶液。[〇〇38]4)、修饰壳聚糖的纳米金溶液:将10yL EDC与50此纳米金溶液混合，并室温搅拌lh，加入2mg壳聚糖，搅拌过夜，即得修饰壳聚糖的纳米金溶液。[0〇39]5)、纳米金包裹的上转换纳米发光材料的合成:将水溶性上转换纳米发光材料与修饰有壳聚糖的纳米金溶液混合均勾1 Omin，即得纳米金包裹的上转换纳米发光材料。
[0040]6)、在水溶性上转换纳米发光材料上修饰碱性锰化合物:将纳米金包裹的上转换纳米发光材料移取250yL(lmg/mL)加到2mL的离心管中，再加入250yL 0? lmol/L pH=6的2-N-吗啉代乙磺酸缓冲溶液，加入250yL 10 mmol/L KMn〇4进行混合。溶液30min后变成布朗胶体，经过离心分离，用去离子水清洗，除去上清液，即得到Mn02为外壳的上转换纳米发光材料。[〇〇41 ]7)、在Mn〇2表面标记抗体。[〇〇42] 实施例2采用水热合成方法合成上转换纳米材料，具体过程如下:(1)稀土氯化物水溶液的配制。将2mL稀土氯化物(0.5mol/L LnCl3，Ln为78%Y+20%Yb+2%Er (摩尔分数))水溶液加入到20 mL乙二醇中，加入16-烷基磺酸钠，搅拌均匀，10分钟后得到溶液A。具体称量数据如下:丫13(:13:0.076118，￥(:13 0.235518，￡1(:13 0.005518(2)他卩溶液的配置:称量0.189008 NaF，加入4.5mL水，配置为1.0 mol/L的水溶液。将配合的溶液加入到20 mL乙二醇中，搅拌均匀，10分钟后得到溶液B。(3)将A与B溶液混合。将溶液B快速倒入溶液A中，用玻璃板快速搅拌混合溶液约10 min。(4)均匀搅拌后，将配好的溶液转移到100mL反应釜中，封好并放到180-240 °C的烤箱当中反应2-24个小时。(5)取出样品，洗涤，分离，烘干。反应结束后， 待样品自然冷却后，把样品转移到分离容器中，用8000转速离心分离10分钟，重复3次，并且用乙醇洗涤3?4次，即可得到较纯的样品。然后把样品转移到烧杯中，把样品放到烤箱中， 用90 °C真空干燥5个小时，得到固体粉末样品。[〇〇43]固体粉末同前述过程包覆纳米金后，取250mg，加到2mL的离心管中，再加入250此 0.1mol/L pH=8.0的磷酸盐缓冲溶液，加入250此10 mmol/L KMn〇4进行混合;30min后经过离心分离，用去离子水清洗，除去上清液，即得到Mn(0H)2为外壳的上转换纳米发光材料。
[0044]在Mn(0H)2表面标记抗体。
[0045]实施例3包覆纳米金的固体粉末200 mg加到5mL的离心管中，再加入500yL 0.1 mol/L MnCh溶液，然后在搅拌条件下逐滴加入lmL 0.lmol/L Na2C03溶液，30min后经过离心分离，用去离子水清洗，除去上清液，即得到MnC03为外壳的上转换纳米发光材料。
[0046]在MnC03表面标记抗体。[〇〇47]综上所述，本发明的一种核壳型多功能纳米材料及其制备方法，所述核壳型多功能纳米材料的内核为上转换纳米发光材料，外壳为碱性锰化合物，所述内核与外壳之间还沉积有纳米金颗粒。本发明的核壳型多功能纳米材料，可同时实现荧光检测和磁共振成像分析。核材料为稀土上转换纳米发光材料，可实现焚光标记/成像功能;壳材料为碱性猛化合物，进入肿瘤细胞后，碱性锰化合物分解为MRI造影剂Mn2+，可准确的实现对肿瘤细胞的 MRI成像；同时释放出荧光上转换内核材料，实现上转换荧光成像。由于纳米金具有光热作用和CT成像功能，该纳米复合材料进入肿瘤细胞后，在实现荧光和MRI双功能成像的同时， 还可以实现CT成像和光热治疗功能。同时，如果有少量上述纳米颗粒进入正常细胞，由于碱性锰化合物不分解，或者分解非常缓慢，不能提供做够的MRI造影剂Mn2+，也不会释放荧光上转换内核材料和纳米金，所以即便有部分纳米复合材料识别错误进入到正常细胞内，在 MRI成像、上转换荧光成像和CT成像过程中也不会被标记为肿瘤细胞，大大降低治疗风险。 [〇〇48]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种核壳型多功能纳米材料，其特征在于，所述核壳型多功能纳米材料的内核为上 转换纳米发光材料，外壳为碱性锰化合物，所述内核与外壳之间还沉积有纳米金颗粒。2.根据权利要求1所述的核壳型多功能纳米材料，其特征在于，所述上转换纳米发光材 料为稀土上转换纳米发光材料。3.根据权利要求2所述的核壳型多功能纳米材料，其特征在于，所述稀土上转换纳米发 光材料为含有稀土离子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物。4.根据权利要求3所述的核壳型多功能纳米材料，其特征在于，所述稀土上转换纳米发 光材料为镱铒双掺杂材料。5.根据权利要求1所述的核壳型多功能纳米材料，其特征在于，所述碱性锰化合物为纳 米二氧化锰或纳米氢氧化锰或纳米碳酸锰。6.—种核壳型多功能纳米材料的制备方法，其特征在于，包括步骤:A、上转换纳米发光材料的合成:将NaOH、蒸馏水、乙醇、油酸、表面活性剂搅拌混合形 成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，搅拌均匀，然后逐滴加入NaF溶液，搅拌均匀，转移 至反应釜中反应一段时间后，自然冷却到室温，收集得到上转换纳米发光材料；B、水溶性上转换纳米发光材料的合成:将上转换纳米发光材料溶于水中，调节溶液pH 至3.0?5.0，搅拌一段时间，得到水溶性上转换纳米发光材料；C、纳米金溶液的合成:将氯金酸稀释并搅拌，搅拌过程中加入柠檬酸钠，并煮沸，煮沸 至溶液颜色为酒红色，即得纳米金溶液；D、修饰壳聚糖的纳米金溶液的合成:将EDC与纳米金溶液混合搅拌，再加入壳聚糖，搅 拌过夜，即得修饰壳聚糖的纳米金溶液；E、纳米金包裹的上转换纳米发光材料的合成:将水溶性上转换纳米发光材料与修饰有 壳聚糖的纳米金溶液混合均勾，即得纳米金包裹的上转换纳米发光材料；F、在水溶性上转换纳米发光材料上修饰碱性锰化合物:将纳米金包裹的上转换纳米发 光材料、2-N-吗啉代乙磺酸缓冲溶液、锰化合物母材料进行混合，然后经过离心分离和清 洗，除去上清液，即得到碱性锰化合物为外壳的上转换纳米发光材料。7.根据权利要求6所述的核壳型多功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A 中，收集上转换纳米发光材料的方法如下:用环己烷溶解和收集上转换纳米发光材料，再加入乙醇使样品析出，离心分离得到的 沉淀用乙醇和蒸馏水洗涤2-3次，最后在真空烘箱干燥。8.根据权利要求6所述的核壳型多功能纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A 中，所述表面活性剂包括离子型、非离子型、极性和非极性表面活性剂。
【文档编号】A61K49/04GK105950150SQ201610149181
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】杨海朋, 陈雪妮, 王俊俊, 钟瑾滔, 戈早川
【申请人】深圳大学