一种新型NIR-Ⅱ诊疗一体化硅-碳纳米探针及其制备方法与流程

一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及纳米生物医学材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针及其制备方法。


背景技术：

2.肿瘤是威胁人类健康的重要疾病之一，实现同步诊断与治疗是目前攻克癌症的重要手段之一。近几年随着生物纳米技术和纳米医学的发展，具有诊断和治疗功能的多功能纳米材料引起了广泛的关注。随着纳米技术兴起，利用纳米材料特性，将药物靶向运输、活体示踪、药物治疗和预后监测等功能结合于一体，开发安全、高效并满足特定需求的诊疗一体化纳米平台已成为当今癌症诊疗研究的热点方向。
3.目前，已有多种纳米探针实现临床转化，被用于癌症的光成像诊断与治疗如光声成像，荧光成像，光热疗法和光动力疗法等，为生物医学领域做出了巨大贡献。然而，将光应用于生物成像和放射治疗时遇到了不可避免的问题。光会被内在的生物组织(包括水，血液，脂肪和皮肤)散射并吸收，导致难以穿透。为了解决这一局限性，近来已开发基于近红外光引导的成像和治疗技术。
4.近红外光可分为近红外一区(nir-i，700-1000nm)和近红外二区，研究表明，nir-ii显示出较nir-i更深的穿透深度与低组织吸收，因此，基于nir-ii激光的成像兼具更高的灵敏度，有利于nir-ii激光的深层成像与治疗。本发明设计开发新型nir
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诊疗一体化纳米探针，有望实现nir
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荧光/nir
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光声双模态成像与nir
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光热治疗。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针及其制备方法，该材料可进行nir
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荧光/nir
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光声成像与nir
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光热治疗，有效提高纳米探针成像与治疗性能。
6.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
7.一种新型nir
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诊疗一体化纳米探针，该纳米探针是在beta分子筛上负载离子液体，通过高温碳化、刻蚀模板组成，其中si占纳米探针的34～40wt％，c占纳米探针的25～31wt％。
8.优选地，所述纳米探针的晶粒直径为130～180nm。
9.一种新型nir
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诊疗一体化纳米探针制备方法，包括以下步骤：
10.s1、按照去离子水：模板剂：铝源：氢氧化钠：硅源＝10.02～16.67：1.15～1.91：1.25～2.08：0.12～0.20：1.99～3.33的摩尔配比；去离子水、模板剂和铝源混合配成混合溶液，室温下搅拌30min；向混合溶液中加入浓度为2mol/l氢氧化钠溶液，搅拌30min；在搅拌下向其中加入硅源，搅拌2h，形成白色凝胶混合溶液；
11.s2、将s1中配制的白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于恒温箱中密闭加热，加热温度170℃，恒温、保温，静态晶化60h，成晶化
凝胶溶液；
12.s3、s2中反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行固液分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
13.s4、按照去离子水：beta分子筛：离子液体＝8.0～20.0：2.4～6：0.8～2的质量比将s3中beta分子筛粉末、离子液体依次加入去离子水中，超声分散30min，室温搅拌3h；
14.s5、将s4中溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，并在n2气氛中700～900℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
15.s6、按照去离子水：硅-碳纳米颗粒：氢氧化钠＝75.0～200.0：30.0～95.0：0.68～1.8的质量比将s5中硅-碳纳米颗粒加入浓度为0.2mol/l氢氧化钠溶液中，搅拌2～5h；
16.s7、将s6中溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
17.优选地，所述模板剂为四乙基氢氧化铵。
18.优选地，所述铝源为偏铝酸钠。
19.优选地，所述硅源为白炭黑。
20.优选地，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物。
21.优选地，所述s4中超声频率为59khz。
22.优选地，所述nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针具有nir
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荧光/nir
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光声双模态成像性能。
23.优选地，所述nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针nir
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光热治疗性能。
24.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
25.本发明提供了一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针及其制备方法，该纳米探针以beta分子筛为模板，在其上负载离子液体，通过高温碳化、刻蚀模板，构筑具有nir
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荧光/nir
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光声双模态成像和nir
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光热治疗的诊疗一体化纳米探针，该材料由于其粒径大小可通过高渗透和长滞留效应富集于肿瘤部位，提升材料在肿瘤部位富集程度，有效提高纳米探针成像与治疗性能。本工艺过程是一种简单、快速、可控的新型nir
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诊疗一体化纳米探针，本发明制备的纳米探针晶粒直径130～180nm，产物纯度达到99.9％。
附图说明
26.图1为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的透射电子显微镜图。
27.图2为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的粒度分析。
28.图3为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针不同浓度的光热性能。
29.图4为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的细胞毒性cck-8研究。
30.图5为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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荧光成像图。
31.图6为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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光声成像图。
32.图7为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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光热治疗效果图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针，其特征在于：该纳米探针是在beta分子筛上负载离子液体，通过高温碳化、刻蚀模板组成，其中si占纳米探针的34～40wt％，c占纳米探针的25～31wt％。所述纳米探针的晶粒直径为130～180nm。
35.一种新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针制备方法，包括以下步骤：
36.s1、按照去离子水：模板剂：铝源：氢氧化钠：硅源＝10.02～16.67：1.15～1.91：1.25～2.08：0.12～0.20：1.99～3.33的摩尔配比；去离子水、模板剂和铝源混合配成混合溶液，室温下搅拌30min；向混合溶液中加入浓度为2mol/l氢氧化钠溶液，搅拌30min；在搅拌下向其中加入硅源，搅拌2h，形成白色凝胶混合溶液；
37.s2、将s1中配制的白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于恒温箱中密闭加热，加热温度170℃，恒温、保温，静态晶化60h，成晶化凝胶溶液；
38.s3、s2中反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行固液分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
39.s4、按照去离子水：beta分子筛：离子液体＝8.0～20.0：2.4～6：0.8～2的质量比将s3中beta分子筛粉末、离子液体依次加入去离子水中，超声分散30min，室温搅拌3h；
40.s5、将s4中溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，并在n2气氛中700～900℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
41.s6、按照去离子水：硅-碳纳米颗粒：氢氧化钠＝75.0～200.0：30.0～95.0：0.68～1.8的质量比将s5中硅-碳纳米颗粒加入浓度为0.2mol/l氢氧化钠溶液中，搅拌2～5h；
42.s7、将s6中溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
43.在本实施例中，所述模板剂为四乙基氢氧化铵。所述铝源为偏铝酸钠。所述硅源为白炭黑。所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物。所述s4中超声频率为59khz。
44.本实施例所制备的nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针具有nir
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荧光/nir
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光声双模态成像性能。具有光热治疗性能。
45.实施例1
46.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
47.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
48.取去离子水135ml，四乙基氢氧化铵155ml，偏铝酸钠2.565mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液30ml，搅拌30min，取白炭黑30g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
49.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
50.取去离子水300ml，beta分子筛80mg，充分混合后加入离子液体30mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
51.将60mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于30ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌3h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
52.实施例2
53.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
54.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
55.取去离子水80ml，四乙基氢氧化铵100ml，偏铝酸钠1.54mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液18ml，搅拌30min，取白炭黑20g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
56.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
57.取去离子水120ml，beta分子筛35mg，充分混合后加入离子液体15mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
58.将30mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于20ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌5h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
59.实施例3
60.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
61.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
62.取去离子水180ml，四乙基氢氧化铵220ml，偏铝酸钠3.33mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液16ml，搅拌30min，取白炭黑38g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
63.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得
beta分子筛粉末；
64.取去离子水380ml，beta分子筛125mg，充分混合后加入离子液体3mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
65.将100mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于40ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌2h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
66.实施例4
67.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
68.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
69.取去离子水180ml，四乙基氢氧化铵200ml，偏铝酸钠1.71mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液18ml，搅拌30min，取白炭黑20.05g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
70.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
71.取去离子水200ml，beta分子筛72mg，充分混合后加入离子液体30mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
72.将60mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于25ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌3h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
73.实施例5
74.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
75.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
76.取去离子水100ml，四乙基氢氧化铵110ml，偏铝酸钠2.61mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液24ml，搅拌30min，取白炭黑30g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
77.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
78.取去离子水180ml，beta分子筛55mg，充分混合后加入离子液体15mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持
4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
79.将50mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于15ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌4h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
80.实施例6
81.取氢氧化钠83.33g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
82.取氢氧化钠8.333g，去离子水1l，一起加入烧杯充分混合，将混合液移至容量瓶中，配成浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液备用；
83.取去离子水150ml，四乙基氢氧化铵200ml，偏铝酸钠2.736mg依次加入烧杯充分混合，室温下搅拌30min，向混合溶液中加入2mol/l的氢氧化钠溶液34ml，搅拌30min，取白炭黑40g，在搅拌下加入上述混合溶液中，搅拌2h形成白色凝胶混合溶液；
84.将白色凝胶混合溶液移入聚四氟乙烯容器内，然后置于反应釜中，密闭，将反应釜置于170℃恒温箱中，静态晶化60h，反应结束后，关闭恒温箱，取出反应釜置于淬冷槽内，在10℃的去离子水中快速冷却至20℃，将容器内的晶化凝胶溶液进行离心分离，真空干燥，得beta分子筛粉末；
85.取去离子水240ml，beta分子筛100mg，充分混合后加入离子液体30mg，超声分散30min，室温搅拌3h，混合溶液经去离子水洗涤、离心、真空干燥，并在n2气氛中800℃下保持4h，得到未刻蚀模板的硅-碳纳米颗粒；
86.将90mg未刻蚀模板的硅-碳纳米粒子溶于50ml浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，充分溶解后搅拌3h，溶液经去离子水洗涤和离心3次，真空烘干，得到新型nir
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诊疗一体化硅-碳纳米探针。
87.本发明将制备得到的诊疗一体化纳米探针溶于pbs缓冲液，通过鼠尾静脉注射进行给药，检测纳米探针的成像性能与治疗效果。
88.图1为本实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的透射电子显微镜图，由图可知所合成纳米探针的形貌，其颗粒分布均匀，形貌为椭球形颗粒。
89.图2为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针粒度分析，由图可知，所合成诊疗一体化纳米探针的粒径在130～180nm。
90.图3为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针不同浓度的nir
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光热性能，由不同浓度的诊疗一体化纳米探针在近红外辐照(1064nm，1w/cm2)下的温度曲线可知，探针浓度越高升温越快，温度随辐照时间增长的越高。
91.图4为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的细胞毒性cck-8研究。由图可知，不同浓度的纳米探针对细胞的增值影响均不明显，表现为低毒性，即使在高浓度的诊疗一体化纳米探针下(800μg/ml)培养，细胞存活率也高于95％。
92.图5为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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荧光成像图。由图可知，在裸鼠尾静脉给药后，随时间的延长肿瘤部位的荧光效果逐步提升，6h荧光效果最佳。
93.图6为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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光声成像图。由图可知，在裸鼠尾静脉给药后6h肿瘤部位药物聚集浓度最高，光声信号最强。
94.图7为本发明实施例1所合成的诊疗一体化纳米探针的裸鼠活体nir
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光热治疗效果图。如图所示，给裸鼠尾静脉注射诊疗一体化纳米探针，对裸鼠肿瘤部位进行光热治疗，肿瘤部位治疗温度可达55℃，表明该探针具备良好的光热治疗效果。
95.上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。