一種多功能納米復合材料及其制備方法和用圖
【專利摘要】本發明公開了一種多功能納米復合材料及其制備方法和用途，該復合材料的分子通式為NaYF4:Yb3+,Er3+@Cu2?xS，其制備方法為：分別控制NaYF4:Yb3+,Er3+?COOH納米顆粒和Cu2?xS?NH2納米顆粒溶液的pH=8~11，混合反應，室溫攪拌30min?1h，常規后處理后，于200~400℃真空煅燒0.5?2 h，即得多功能納米復合材料；其中，NaYF4:Yb3+,Er3+?COOH納米顆粒與Cu2?xS?NH2納米顆粒的摩爾配比為（0.1~10）:1。本發明將NaYF4:Yb3+,Er3+?COOH與胺基表面功能化的Cu2?xS納米晶復合制備出一種兼有水溶性和生物相容性、符合熒光標記和生物成像要求且可用于光熱治療的集熒光標記和光熱轉換功能于一體的多功能納米復合材料，該復合材料同時具有熒光標記與光熱轉換效應，可利用同一束紅外線獲得能量進行標記腫瘤癌細胞并有效殺死癌細胞，適用于光熱治療領域。
【專利說明】
一種多功能納米復合材料及其制備方法和用途
技術領域
[0001]本發明屬于納米材料制備技術領域，涉及將上轉換發光材料與光熱轉換材料復合制備一種用于光熱治療的集熒光標記和光熱轉換功能于一體的多功能納米復合材料和用途。
【背景技術】
[0002]上轉換發光材料是一種能在紅外光激發的條件下發出可見光的材料，即是可以吸收紅外光所散發出的能量從而轉換成可見光的一種材料。之所以稱為上轉換，是因為它所吸收的光子能量低于其發射出的光子能量。1966年，Auzel (C.R.Acad.Sc1.Paris B,1966，262，1016)在鎢酸鐿鈉玻璃的研究中，發現當將稀土元素Yb3+離子摻入基質材料中時，Er3+、H03+、Tm3+離子在紅外光激發所轉換的可見發光的能量幾乎提高了兩個數量級，從而正式提出了“上轉換發光”的理念。在紅外光激發下，上轉換發光材料產生可見發射，具有吸收能力強，轉換效率高，發射線譜窄，發光穩定，熒光背景低等優點，因此發展成為了一種把紅外光轉變為可見光的有效材料，并在生物熒光標記和醫學診斷領域具有特殊應用，近年來也成為國際上研究的熱點。到目前為止，人們發現的具有最強的上轉換發光基質材料是NaYF4，且在紅外光激發下，Yb3+和Er3+共摻雜的NaYF4具有非常高的上轉換效率。雖然所合成的NaYF4(共摻Yb3+和Er3+)納米晶具有良好的上轉換熒光效應，但是其水溶性和生物相容性差，只分散于環己烷等非極性溶劑中，而作為熒光標記的上轉換發光納米晶必須在水溶液中得到分散，這在一定程度上限制了上轉換發光納米晶作為熒光探針在生物熒光標記和成像方面中的應用。因此，若要將這些上轉換發光納米晶用于生物標記，必須對其表面進行功能化修飾，改善其水溶性和生物相容性，例如用聚乙二醇作為水溶性配體，采用表面配體交換法對納米粒子表面進行水溶性修飾(Analytical Chemistry, 2009, 81，930-935;Journal of Alloys and Compounds, 2009, 485, 24-27)。也可以米用竣基、胺基表面功能化的方法(烏蘭圖亞，稀土熒光及上轉換發光納米粒子的制備、表征及表面功能化，碩士畢業論文，內蒙古大學，2009)將材料表面的配體改為親水基團。
[0003]來提高納米材料的水溶性和生物兼容性近些年來，由于上轉換發光材料具有非常大的應用前景，尤其在生物醫學領域，基于NaYF4體系的上轉換納米晶的合成研究也受到了人們廣泛的關注。
[0004]光熱轉換納米材料是一種能夠在近紅外區域有較高的吸收，且能通過等離子體共振或者可以利用能量躍迀帶產生的熱量，在局部產生高溫，從而達到殺死腫瘤等細胞為目的的一種新型納米功能材料。光熱轉換納米材料作為一個新的科研研究熱點，許多生物-材料學者做了很多工作，目的就是合成這類光熱轉換納米材料，因而可以將它應用于光熱治療等方面，從而光熱轉換納米材料得以在生物醫學等領域得到了很大的關注。由于銅基納米材料具有非常優異的物理和化學性能，所以一直以來科研工作者將其選擇作為研究光熱轉換納米材料的首選，Cu2-xS作為一個陽離子缺陷的P形半導體在室溫下以多種形式存在，低輝銅礦CU2S、藍輝銅礦Cm.97S、久輝銅礦Cm.94S、藍輝銅礦Cm.8S、斜方藍輝銅礦Cm.4S、方鐵錳礦Cm.75S、籃銅礦CuS等。科研工作者們發現Cu2-xS銅基納米材料在近紅外區域均具有較好的光吸收，從而在生物-醫學等領域內銅基納米材料將具有很好的應用前景，例如:東華大學胡俊青課題組成功合成花狀CuS，(Advanced Materials，2011, 23，3542-3547)，利用紅外激光獲得能量從而轉換為熱能，有效的殺死腫瘤癌細胞，但是單一的Cu2-xS納米材料沒有標記腫瘤癌細胞的功能，沒有辦法對癌細胞進行定位并有效的殺死。
[0005]目前單一的銅基納米材料的光熱治療應用中，由于不能對人體類腫瘤癌細胞進行有效的目標標定，限制了其發展，因此探索開發一種可以用同一束紅外光源，實現既可以熒光標記腫瘤癌細胞，又具有較高的光熱轉換效率的多功能納米復合材料，在生物醫學領域具有非常重要的意義。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種既能對人體類腫瘤癌細胞進行有效的目標標定，還能同時有效殺死腫瘤癌細胞的納米復合材料。
[0007]為達到上述目的，本發明提供了一種多功能納米復合材料，該復合材料的分子通式為NaYF4: Yb3+，Er3+OCu2-XS，其中，O < X< I。
[0008]上述的多功能納米復合材料，其特征在于，該多功能納米復合材料的分子式為NaY0.78Yb0.2QEr0.02F4@Cu1.94S。
[0009 ]本發明還提供了上述的多功能納米復合材料的制備方法，該方法為分別控制NaYF4: Yb3+，Er3+-⑶OH納米顆粒和Cu2-XS-NH2納米顆粒溶液的pH=8?11，混合反應，室溫攪拌30 min-1 h，將所得產物常規后處理后，于200?400°C真空煅燒0.5_2 h，即得多功能納米復合材料；其中，他￥?4:￥133+3￥+<0衝納米顆粒與012—4-冊2納米顆粒的摩爾配比為(0.1~
10):lo
[0010]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，NaYF4:Yb3+，Er3+-⑶OH納米顆粒與Cu2-xS_NH2納米顆粒的摩爾濃度均為0.01 mol/L?I mol/L0
[0011]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，NaYF4:Yb3+，Er3+-⑶OH納米顆粒與Cu2-XS-NH2納米顆粒的摩爾配比為(0.8?1.2):1。
[0012]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的該多功能納米復合材料的分子式為NaY0.78Yb0.20Er0.02F4@Cu1.94S。
[0013]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的常規后處理是指過濾，洗滌及干燥。
[0014]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的過濾是指離心過濾，所述的洗滌是指采用乙醇洗滌若干次，所述的干燥是指40-50 0C下進行真空干燥。
[0015]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的NaYF4:Yb3+，Er3+-⑶OH納米顆粒的制備方法為:在室溫下，將NaYF4: Yb3+，Er3+、環己烷、叔丁醇、蒸餾水和K2CO3水溶液混合攪拌20-30 min，然后滴加勒米厄-馮魯德洛夫試劑，在40-50V下攪拌36-48 h，經常規后處理得到 NaYF4: Yb3+，Er3+-COOH。
[0016]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的NaYF4:Yb3+，Er3+的制備方法為:將油酸、油胺、十八烯混合，攪拌條件下，加入CF3C00Na、Y(CF3⑶0)3、Yb(CF3⑶0)3和Er(CF3COO)3的混合物，加熱至90-100°C，抽真空30-45 min，氬氣保護下繼續加熱至200-300°C，維持45min-lh ；經常規后處理得到NaYF4: Yb3+，Er3+納米晶。
[00?7 ]上述的多功能納米復合材料的制備方法，其中，所述的Cu2-xS_NH2納米顆粒的制備方法為:將CuCl2.2H20的水溶液與3-巰基-1-丙胺混合，在氮氣保護下，升溫至40-50°C反應，攪拌5-10 min,然后緩慢加入NaOH溶液，攪拌3_5小時，然后快速加入Na2S溶液，在反應溫度為40-50°C的條件下劇烈攪拌反應2-4 h，所得產物冷卻至室溫，然后透析數小時以去除未反應的分子或者離子，得到Cu2-XS-NH2納米晶。
[0018]本發明還提供了上述的多功能納米復合材料的用途，該多功能納米復合材料同時具有熒光標記與光熱轉換效應，能用于制備用于光熱治療的藥物。
[0019]本發明采用文獻已有的羧基表面功能化的方法獲得NaYF4:Yb3+，Er3+-C00H，并將其與胺基表面功能化的Cu2-xS納米晶成功制備出一種兼有水溶性和生物相容性、符合熒光標記和生物成像要求的且可用于光熱治療的集熒光標記和光熱轉換功能于一體的多功能納米復合材料，即:NaYF4: Yb3+，Er3+OCu2-XS納米復合材料，該復合材料同時具有熒光標記與光熱轉換效應，可以利用同一束紅外線獲得能量進行標記腫瘤癌細胞進而有效殺死癌細胞。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1制備的NaYtosYb0.WrtLo2F4OCu1.94S納米晶的XRD圖。
[0021]圖2為本發明實施例1制備的NaYtosYbojEr0.0AOCm.1MS納米晶的SEM圖。
[0022]圖3為本發明實施例1制備的NaYtosYb0.^ErtLo2F4OCu1.94S納米晶的TEM圖。
【具體實施方式】
[0023]本發明提供的一種多功能納米復合材料，其分子通式為NaYF4:Yb3+，Er3+OCu2-XS，其中，0<Χ<1ο
[0024]本發明還提供了上述多功能納米復合材料的制備方法，該方法為分別控制NaYF4:Yb3+ ,Er3+-COOH納米顆粒和Cu2-XS-NH2納米顆粒溶液的pH=8?11，混合反應，室溫攪拌30 min-1 h，將所得產物常規后處理后，于200?400°C真空煅燒0.5-2 h，即得所述的多功能納米復合材料；其中，他￥?4:￥133+3￥+<0衝納米顆粒與012—4-冊2納米顆粒的摩爾配比為(0.1~
10):lo
[0025]以下結合附圖通過具體實施例對本發明作進一步的描述，這些實施例僅用于說明本發明，并不是對本發明保護范圍的限制。
[0026]實施例1
NaY0.78Yb0.2oEr0.Q2F4納米晶的制備:
步驟 1，材料的準備:分別稱取 0.408g CF3COONa, 1.0014g Y(CF3COO)3，0.3072 g Yb(CF3COO)3和0.0304 g Er(CF3COO)3;
步驟2，向三口燒瓶中加入9.2 mL油酸、9.9 mL油胺、19.2 mL十八烯，磁力攪拌下加入上述混合物，加熱上述混合溶液至100°C，抽真空30 min，氬氣保護下加熱至300°C，保持45 min；
步驟3，將所得生成物冷卻至室溫，然后將其倒入無水乙醇中，出現白色固體產物。去除上層清液，將所得固體產物離心分離，用無水乙醇洗滌3-4次，于70°C真空干燥8 h，得到NaY0.78Yb0.2oEr0.02F4 納米晶。
[0027]NaY0.78Yb0.2oEr ο.02F4-COOH納米晶的制備:
步驟I，在室溫下，將0.1g NaY0.78Yb0.20Er0.02F4、100 mL環己烷、70 mL 叔丁醇、10 mL蒸餾水和5 mL 5% K2CO3水溶液加入三口燒瓶中，將混合物磁力攪拌30 min；
步驟2，滴加20 mL勒米厄-馮魯德洛夫試劑(5.7 mmol KMnO4和0.105 mo I Na14水溶液)于上述混合物中；混合溶液于40 °C下攪拌48 h;
步驟3，將所得產物離心分離，用蒸餾水、丙酮、乙醇分別洗滌三次，于70°C真空干燥8h，得到白色的產物即為 NaY0.78Yb0.2oEr0.02F4-COOH ο
[0028]Cu1.94S-NH2納米晶的制備:
步驟1，在三口燒瓶中，加入0.2 mmol的CuCl2.2H20、0.4 mmol的3-巰基-1-丙胺(MPa)和40 mL蒸餾水，在氮氣保護下，于40°C反應，磁力攪拌10 min；
步驟2，在三口瓶中緩慢加入2 mL NaOH溶液，攪拌3小時，然后快速加入I mL Na2S溶液，在反應溫度為50°C的條件下劇烈攪拌反應2 h;
步驟3，所得產物冷卻至室溫，然后透析24 h以去除未反應的分子或者離子，然后得到CU1.94S-NH2 納米晶 O
[0029]NaY 0.7sYb0.2oEr0.02F 4@Cu1.94S 納米復合材料的制備
步驟I，將得到的NaYQ.78YbQ.2()Er().()2F4-C00H納米晶溶于水中，初始濃度為0.1 mol/L，控制PH=1，溶解成膠體溶液，然后將得到的Cm.94S-NH2納米晶溶于水中，控制pH=10，將二者混合，二者按照摩爾比為I: I混合，室溫下磁力攪拌30 min；
步驟2，攪拌停止后，將所得產物進行離心，用乙醇洗3次，于40 °(:下進行真空干燥8 h;步驟3，將所得產物于250 °C真空煅燒，將樣品煅燒2h即所得NaY0.78Yb0.2QErQ.Q2F4@C111.94S復合材料。
[0030]將上述NaY0.78Yb0.2QErQ.Q2F4OCu1.94S 復合材料的 XRD、SEM、TEM 如圖 1-3所示。該NaY0.78Yb0.2oEr0.02F4iCu1.94S納米晶的XRD圖譜如圖1所示，其中的(111)、( 200)、( 220)、(311)、(400)、(331)與恥丫卩4標準圖譜(JCPDS N0.77-2042)—致，(804)、(080)、( 1204)、(846)與Cm.94S標準圖譜(JCPDS N0.23-0959)基本吻合，由此可以得到NaYtosYb0.2οΕπ).Q2F4OCu1.94S 復合材料是由 NaY0.78Yb0.2oEr0.Q2F4 和 Cu1.94S 復合而成的。圖 2 為 NaY0.7sYb0.2oEr0.02F4@Cu1.94S復合材料的SHM圖譜，從圖中可以看出復合材料為粒徑均約為220 nm的介孔球，介孔球表面光滑，且單個介孔球周圍分散著直徑較小的顆粒。圖3為NaY0.78Yb0.2oEr0.Q2F4@Cu1.94S復合材料的TEM圖譜，由圖中可見，該介孔球比較均勻，且單個介孔球周圍分散著有粒徑約為5-25 nm的小顆粒，小顆粒為NaY0.78Yb0.20Er0.0#4或Cu1.94S。
[0031]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1.一種多功能納米復合材料，其特征在于，該多功能納米復合材料的結構通式為NaYF4:Yb3+，Er3+OCu2-XS，其中，O < X < I)。2.如權利要求1所述的多功能納米復合材料，其特征在于，該多功能納米復合材料的分子式為NaY0.78Yb0.2oEr0.02F4iCu1.94S。3.一種根據權利要求1所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，該方法為分別控制NaYF4: Yb3+ ,Er3+-COOH納米顆粒和Cu2-XS-NH2納米顆粒溶液的pH=8?11，混合反應，室溫攪拌30 min-1 h，將所得產物常規后處理后，于200?400°C真空煅燒0.5_2 h，即得所述的多功能納米復合材料;其中，NaYF4: Yb3+，Er3+-COOH納米顆粒與Cu2—xS-NH2納米顆粒的摩爾配比為(0.1~10):1。4.如權利要求3所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，NaYF4:Yb3+，Er3+-COOH納米顆粒與Cu2—xS_NH2納米顆粒的摩爾濃度均為0.01 mol/L?I mol/L。5.如權利要求3所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，NaYF4:Yb3+，Er3+-COOH納米顆粒與Cu2-xS-NH2納米顆粒的摩爾配比為(0.8?1.2):1。6.如權利要求3所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，所述的該多功能納米復合材料的分子式為NaY0.78Yb0.2oEr0.02F4iCu1.94S。7.如權利要求3所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，所述的常規后處理是指過濾，洗滌及干燥。8.如權利要求7所述的多功能納米復合材料的制備方法，其特征在于，所述的過濾是指離心過濾，所述的洗滌是指采用乙醇洗滌若干次，所述的干燥是指40-50°C下進行真空干燥。9.一種根據權利要求1所述的多功能納米復合材料的用途，其特征在于，該多功能納米復合材料同時具有熒光標記與光熱轉換效應，能用于制備用于光熱治療的藥物。
【文檔編號】C09K11/85GK105885821SQ201610196307
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】陶富軍, 張玉良, 尹寬, 施磊, 曹勝佳, 董麗華, 尹衍升
【申請人】上海海事大學