专利名称：多功能核壳结构药物载体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种核壳结构药物载体材料。本发明还涉及一种核壳结构药 物载体材料的制备方法。
(二)
背景技术：
核壳结构材料可以很好的发挥壳材料与核材料各自的最大优势。核材料在包 覆额外的壳层后，依旧保留其固有的特性，同时其表面电荷密度、功能性、反应 性、生物相容性、稳定性及分散性等表面特性受到壳材料的调整和优化，可能因 此产生许多新的特性，因此核壳型纳米颗粒在触媒、光学、电磁学、生物、医学 及高性能机械材料等诸方面皆具有极大的发展潜力与应用价值。结合磁性、荧光 的壳核结构有序介孔材料由于其磁性、荧光、低毒性、良好的生物相容性以及介 孔等性质在疾病分析、酶的固化、生物分离及药物缓释领域得到广泛研究。
迄今为止， 一些文献报道了磁性物质为核、二氧化硅为壳的壳核结构的多功 能复合材料。 一些荧光材料如有机染料、CdSe/ZnS量子点随后功能化于表面或形 成壳的一部分，最终制成具备磁性、荧光及有序介孔多功能性质的壳核结构材料。 但有机染料作为荧光物质具有荧光衰减和淬灭的缺点，而量子点由于使用CcP 及Pb"等重金属而严重限制了其在生物医学领域的应用，尤其是人体实验的应 用。最近，随着上转换荧光材料的研究初见成效，已经有将其应用于磁性及荧光 材料的报道。然而，在生物领域具备高活性的功能化材料要求具备一些独特的性 质，如规整球形形貌、光滑的表面、小的粒径分布、大的比表面(用于药物分子、 酶和蛋白质的担载和固化)、大的磁强度(用以提供足够的磁场信号)以及在溶液中 具有良好的分散性质等等。因此，设计制备这样一种具有上述性质的独特的多功 能化材料在生物医学领域具有良好的应用前景。
镧系稀土离子惨杂的无机纳米晶体由于其稳定的光学性质、高的化学及光化 学稳定性以及低毒性等特点已经成为有机染料和量子点的替代品。尤其是之前提 到的纳米尺度的上转换荧光材料，它作为一种新型荧光标记物在生物大分子检测 方面的应用近几年来逐渐受到研究人员的重视，相关报道日益增多。与传统荧光标记物如有机染料和量子点等相比，上转换荧光纳米材料具有毒性低、化学稳定 性好、发光强度高而稳定和St汰es位移大等优点。另外，上转换荧光纳米材料
的激发光为红外光，在此激发条件下可以避免生物样品自体荧光的干扰和散射光 现象，从而降低检测背景，提高信噪比。因此，上转换荧光纳米材料作为荧光标 记物在生物大分子分析和医学临床检测领域都有着非常好的应用前景。然而，无 机稀土发光材料由于与磁性材料接触而产生荧光淬灭效应而限制了稀土发光材 料作为多功能光磁材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯度高、粒径小、分散性好、晶形好的多功能核
壳结构药物载体材料；本发明的目的还在于提供一种在减小材料粒径大小和提高 材料分散性的同时，能提高其磁性、荧光可检测性和吸附等应用能力的多功能核 壳结构药物载体材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的
本发明的多功能核壳结构药物载体材料的化学表达式为 Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er
其中"Si02代表无孔二氧化硅层；mSi02代表介孔二氧化硅层；NaYF4:Yb,Er 为最外层负载的上转换荧光粉层，其中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17%， Er的 摩尔浓度占Y浓度的3。/。。
本发明的多功能核壳结构药物载体材料的制备方法为第一步采用溶剂热法 制备粒60nm、单分散的四氧化三铁磁性纳米粒子作为核壳结构的强磁性核材料； 第二步采用溶胶-凝胶法在强磁性核外依次包覆一层无孔二氧化硅层和一层介孔 二氧化硅层；第三步再次采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转 换荧光材料NaYF4:Yb,Er，其中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17%， Er的摩尔浓度 占Y浓度的3%。
(1) 所述采用溶剂热法制备强磁性核材料是将lgFeCl3'6H2O、20mL乙二醇、 3g无水乙酸钠和10mL乙二胺均匀混合后在200"C反应釜中反应12小时，80°C 干燥并研磨制备Fe304纳米粒子。
(2) 所述采用溶胶-凝胶法在强磁性核外依次包覆一层无孔二氧化硅层和一 层介孔二氧化硅层是采用修饰的St6ber溶胶一凝胶方法，Fe304球形粒子用无
5水乙醇超声处理20分钟，这些经过超声处理的粒子用去离子水洗涤后用超声分 散到由乙醇、去离子水和氨水组成的混合溶液中；再将与Fe304的质量比为3: 10的正硅酸乙酯(TEOS)缓慢滴加到上面的混合溶液中并在室温下搅拌6个小时， 制备的产物命名为Fe304⑨nSi02;然后，以十六垸基三甲基溴化铵(CTAB)作为 有机模板剂采用溶胶一凝胶法在上述制备的Fe304(^nSi02表面形成外层介孔二 氧化硅层；再采用回流法除去有机模板，制备的微球称为Fe304@nSi02@mSi02。
(3)所述采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转换荧光材料 NaYF4:Yb,Er是采用Pechini溶胶-凝胶过程将NaYF4:Yb,Er发光粉沉积在介孔 二氧化硅上；发光粉中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17 %， Er的摩尔浓度占Y浓 度的3%;将NaF和？6304@"8102@ 78102微球按质量比为21: 1超声分散到去 离子水中，得到分散均匀的混合物；再按化学计量比分别量取浓度为0.2 mol/L 的YC13、 YbCl3、 ErCb和EDTA溶液配置成混合溶液；将配好的混合溶液迅速 添加到已超声分散均匀的混合物中，得到的最终混合物在室温下搅拌反应4h; 最后用强磁场将反应后的产物分离出来，并用去离子水洗涤并千燥；得到的是未 焙烧的多功能材料微球Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb，Er;未焙烧的多功能材 料微球Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er放入箱式电阻炉中焙烧，就得到了多 功能的核壳结构纳米微球Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb,Er 。
本发明针对背景技术中所述的磁性、荧光及介孔核壳结构材料存在的缺陷， 提出了①在磁性核和后功能化的稀土发光材料之间设计一层惰性Si02层将磁 性材料与稀土发光层分开以防止荧光淬灭；②采用荧光效率较高的上转换荧光粉
作为发光材料；③采用反应条件温和、分散均匀的溶胶-凝胶法形成核壳结构。 尽管国内外学者对功能化的核壳结构材料的配方和应用研究做了大量工作，但
是，具有强磁性、上转换荧光性及介孔性的药物缓/控释载体材料的制备及相关
理论尚属空白。
在磁性核外先包覆的无孔二氧化硅惰性层可以将磁性材料与稀土发光层分 开以防止荧光淬灭。此外，负载的红外到可见波段的上转换荧光材料NaYF4:Yb,Er 赋予了材料更强的荧光性、稳定性、不褪色和不易受环境(如缓冲剂pH值或分析 温度)影响等性能。
本发明采用溶剂热法制备Fe304纳米粒子。此法具有两个特点， 一是较高的反应温度(130 250。C)，有利于磁性能的提高；二是在封闭容器中进行，产生相 对高压(0.3 4MPa)，避免组分挥发，有利于提高产物的纯度。同时还具有原料 易得、粒子纯度高、粒径小、分散性好、晶形好等优点。本发明采用两步溶胶-凝胶法对磁性纳米粒子进行介孔及NaYF4:Yb,Er荧光层包覆，该法较其它方法具 有反应条件温和、分散均匀、甚至可达到"分子复合"的水平、可在低温下制备纯 度高、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物，以及可制备 传统方法不能或难以制得的产物等优点。
(四)
图1中(a)、 (b)、 (c)、 (d)分别为Fe304纳米粒子、Fe304@"Si02@mSi02微球、 Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb，Er( 未 焙 烧 ) 和 Fe304@wSi02@wSi02@NaYF4:Yb,Er微球的XRD谱图。
图2(a)和图2(b)是Fe304纳米粒子的SEM图；图2(c)和图2(d)是Fe304@"Si02 @mSi02@NaYF4:Yb,Er微球的SEM图。
图3(a)和图3(c)分别是Fe304纳米粒子的TEM和HRTEM图；图3(b)和图 3(d、 e)分别是Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er微球的TEM和HRTEM图。
图4(a)是Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb，Er微球的XPS总谱图；图4(b)、 图4(c)、图4(d)、图4(e)和图4(f)是图4(a)的局部放大图。
图5分别是Fe304(^"Si02(^mSi02⑨NaYF4:Yb,Er微球的发射光谱。
图6(a)、图6(b)和图6(c)分别为Fe304纳米粒子、Fe304@"Si02@mSi02微球 和Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb,Er微球的磁滞回线图 ，图6(d)是 Fe304@"Si02@mSi02 @NaYF4:Yb,Er微球的磁分离过程示图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述
实施过程h Fe304⑨打Si02(^/nSi02⑥NaYF4:Yb,Er微球的合成 Fe304纳米粒子的制备
采用溶剂热法，先将lgFeCly6H20、 20mL乙二醇、3g无水乙酸钠和10mL 乙二胺混合并强烈搅拌30min，形成透明溶液。然后将所得溶液转移到封闭的聚 四氟乙烯作内衬的不锈钢反应釜中，在200'C下反应12h。反应后自然冷却到室 温。将反应产物用水和无水乙醇洗涤数次，最后在80。C干燥12h并研磨成粉末就得到了Fe304纳米粒子。
② Fe304@wSi02磁性微球的制备
壳核结构的Fe304(^MSi02微球采用修饰的St6ber溶胶-凝胶法制备。典型的 制备过程如下0.10g上面制备的Fe304纳米粒子用无水乙醇超声处理20min。 这些经过超声处理的粒子用去离子水洗涤后用超声分散到由80mL乙醇、20mL 去离子水和lmL 28%的氨水组成的混合溶液中。再将0.03g正硅酸乙酯(TEOS) 缓慢滴加到上面的混合溶液中并在室温下搅拌6h。反应后离心分离，并用去离 子水和无水乙醇洗涤数次，就得到了包覆一层无孔Si02的磁性核壳结构纳米粒 子，我们表示为Fe304@"Si02,上述包覆过程重两次。
③ Fe304@MSi02@wSi02磁性及介孔核壳结构纳米微球的制备
将步骤②制备的Fe304(^"Si02粒子分散到溶解有0.3g十六垸基三甲基溴化 铵(CTAB)、 80mL去离子水、l.OmL浓氨水和60mL无水乙醇的混合溶液中。此 混合溶液搅拌30min后，在激烈搅拌下加入0.40g正硅酸乙脂(TEOS)。体系反应 6h，得到的产物经强磁场进行分离，用无水乙醇和去离子水洗涤数次再用离心机 分离。最后80。C干燥12h，研磨，得到的产物即为在Fe304(^"Si02磁性微球表面 包覆了介孔Si02的磁性及介孔核壳结构纳米微球。上述包覆过程重复两次。由 于形成介孔使用了模板剂CTAB，而介孔中的模板剂CTAB尚未除去，是以我们 将此产物表示为Fe304@"Si02@mSi02-CTAB 。
采用回流法除掉上述产物(Fe304(^zSi02(^wSi02-CTAB)介孔孔道中残留的模 板剂CTAB。具体过程如下(l)将0.6g Fe304@"Si02@wSi02-CTAB样品和120mL 丙酮加入到三口烧瓶中，将三口烧瓶置于75。C油域(二甲基硅油)中回流48h; (2) 将回流后的样品用强磁场分离后用丙酮洗涤一次，再加入120mL丙酮回流48h; (3)重复步骤(2)—次，将得到的样品用丙酮洗涤两次，放到低温干燥箱中干燥， 再经过研磨就得到了除去模板剂的磁性及介孔核壳结构纳米微球，表示为 Fe304@wSi02@wSi02 。
Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er微球的制备
采用溶胶-凝胶法制备，具体实验步骤如下将2.1g NaF禾tl 0.100g Fe304(^"Si02②mSi02微球超声(45min)分散到120mL去离子水中，得到分散均匀 的混合物。再分别量取浓度为0.2 mol/L的YC13、 YbCl3、ErCl3和EDTA各16 mL、
83.4 mL、 0.6 mL和20 mL配置成混合溶液。将配好的混合溶液迅速添加到已超 声45min的混合物中，得到的最终混合物在室温下搅拌反应4h。最后用强磁场 将反应后的产物分离出来，并用去离子水洗涤一次，放到低温干燥箱中干燥12h。 得到的是未焙烧的多功能材料微球，表示为Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb,Er (未焙烧)，上述包覆过程重复两次。
上述样品放入箱式电阻炉中焙烧。焙烧从室温开始，以20'C/min的速度程 序升温到400。C，并在400。C焙烧5h，再自然冷却到室温，研磨成粉末样品，就 得到了多功能(磁性、介孔和荧光)的核壳结构纳米微球，表示如下 Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er。
权利要求
1、一种多功能核壳结构药物载体材料，其特征是其化学表达式为Fe3O4@nSiO2@mSiO2@NaYF4:Yb，Er其中nSiO2代表无孔二氧化硅层；mSiO2代表介孔二氧化硅层；NaYF4:Yb，Er为最外层负载的上转换荧光粉层，其中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17％，Er的摩尔浓度占Y浓度的3％。
2、 一种多功能核壳结构药物载体材料的制备方法，其特征是第一步采用溶剂热法制备粒60rim、单分散的四氧化三铁磁性纳米粒子作为核壳结构的强磁性核材料；第二步采用溶胶-凝胶法在强磁性核外依次包覆一层无孔二氧化硅层和一层介孔二氧化硅层；第三步再次采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转换荧光材料NaYF4:Yb,Er，其中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17%，Er的摩尔浓度占Y浓度的3%。
3、 根据权利要求2所述的多功能核壳结构药物载体材料的制备方法，其特征是所述采用溶剂热法制备强磁性核材料是将lg FeCl3.6H20、 20mL乙二醇、3g无水乙酸钠和10mL乙二胺均匀混合后在20(TC反应釜中反应12小时，8(TC干燥并研磨制备Fe304纳米粒子。
4、 根据权利要求2或3所述的多功能核壳结构药物载体材料的制备方法，其特征是所述采用溶胶-凝胶法在强磁性核外依次包覆一层无孔二氧化硅层和一层介孔二氧化硅层是采用修饰的Stober溶胶一凝胶方法，Fe304球形粒子用无水乙醇超声处理20分钟，这些经过超声处理的粒子用去离子水洗涤后用超声分散到由乙醇、去离子水和氨水组成的混合溶液中；再将与Fes04的质量比为3: 10的正硅酸乙酯缓慢滴加到上面的混合溶液中并在室温下搅拌6个小时，制备的产物命名为Fe304@nSi02;然后，以十六烷基三甲基溴化铵作为有机模板剂采用溶胶一凝胶法在上述制备的Fe304@nSi02表面形成外层介孔二氧化硅层；再采用回流法除去有机模板，制备的微球称为Fe304@nSi02@mSi02。
5、 根据权利要求2或3所述的多功能核壳结构药物载体材料的制备方法，其特征是所述采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转换荧光材料NaYF4:Yb，Er是采用Pechini溶胶-凝胶过程将NaYF4:Yb,Er发光粉沉积在介孔二氧化硅上；发光粉中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17%, Er的摩尔浓度占Y浓度的3 %;将NaF和Fe304(^"Si02(^mSi02微球按质量比为21: 1超声分散到去离子水中，得到分散均匀的混合物；再按化学计量比分别量取浓度为0.2mol/L的YC13、 YbCl3、 ErCl3和EDTA溶液配置成混合溶液；将配好的混合溶液迅速添加到已超声分散均匀的混合物中，得到的最终混合物在室温下搅拌反应4h;最后用强磁场将反应后的产物分离出来，并用去离子水洗涤并干燥；得到的是未焙烧的多功能材料微球Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb,Er;未焙烧的多功能材料微球Fe304@"Si02@mSi02@NaYF4:Yb,Er放入箱式电阻炉中焙烧，就得到了多功能的核壳结构纳米微球Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er。
6、根据权利要求4所述的多功能核壳结构药物载体材料的制备方法，其特征是所述采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转换荧光材料NaYF4:Yb,Er是采用Pechini溶胶-凝胶过程将NaYF4:Yb,Er发光粉沉积在介孔二氧化硅 上；发光粉中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17 %， Er的摩尔浓度占Y浓度的3%;将NaF和Fe304(gnSi02(^wSi02微球按质量比为21: 1超声分散到去离子水中，得到分散均匀的混合物；再按化学计量比分别量取浓度为0.2mol/L的YCl3、 YbCl3、 ErCl3和EDTA溶液配置成混合溶液；将配好的混合溶液迅速添加到已超声分散均匀的混合物中，得到的最终混合物在室温下搅拌反应4h;最后用强磁场将反应后的产物分离出来，并用去离子水洗涤并干燥；得到的是未焙烧的多功能材料微球Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er;未焙烧的多功能材料微球Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er放入箱式电阻炉中焙烧，就得到了多功能的核壳结构纳米微球Fe304@"Si02@wSi02@NaYF4:Yb,Er。
全文摘要
本发明提供的是一种多功能核壳结构药物载体材料及其制备方法，其特征是第一步采用溶剂热法制备粒径约60nm、单分散的四氧化三铁磁性纳米粒子作为核壳结构的强磁性核材料；第二步采用溶胶-凝胶法在强磁性核外依次包覆一层无孔二氧化硅层和一层介孔二氧化硅层；第三步再次采用溶胶-凝胶法在第二步得到的材料上负载一层上转换荧光材料NaYF<sub>4</sub>:Yb，Er，其中Yb的摩尔浓度占Y浓度的17％，Er的摩尔浓度占Y浓度的3％。本发明在磁性核和后功能化的稀土发光材料之间设计一层惰性SiO<sub>2</sub>层将磁性材料与稀土发光层分开以防止荧光淬灭；采用荧光效率较高的上转换荧光粉作为发光材料；采用反应条件温和、分散均匀的溶胶-凝胶法形成核壳结构。
文档编号A61K47/02GK101670107SQ20091007300
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者杨飘萍, 娜 牛, 王文鑫, 盖世丽, 飞 贺 申请人:哈尔滨工程大学