一種核殼型多功能納米材料及其制備方法

一種核殼型多功能納米材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種核殼型多功能納米材料及其制備方法。所述核殼型多功能納米材料的內核為上轉換納米發光材料，外殼為堿性錳化合物，所述內核與外殼之間還沉積有納米金顆粒。本發明的核殼型多功能納米材料，可同時實現熒光檢測和磁共振成像分析。核材料為稀土上轉換納米發光材料，可實現熒光標記/成像功能；殼材料為堿性錳化合物，進入腫瘤細胞后，堿性錳化合物分解為MRI造影劑Mn2+，可準確的實現對腫瘤細胞的MRI成像；同時釋放出熒光上轉換內核材料，實現上轉換熒光成像。由于納米金具有光熱作用和CT成像功能，該納米復合材料進入腫瘤細胞后，在實現熒光和MRI雙功能成像的同時，還可實現CT成像和光熱治療功能。
【專利說明】
一種核殼型多功能納米材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及醫學標記和成像材料領域，尤其涉及一種核殼型多功能納米材料及其制備方法。【背景技術】
[0002]稀土上轉換納米發光材料(UCNPs)是一類可以在紅外光激發下發出可見光的納米材料。該類材料具有廣泛的應用空間，如紅外探測器件、生物分子熒光標記、三維顯示、防偽和太陽能上轉換器件等。其中在醫學標記和成像領域，稀土上轉換納米發光材料能夠消除來自生物內源性熒光物質的背景干擾，對所要成像的對象具有很高靈敏度，引起了人們廣泛的關注。
[0003]磁共振成像(MRI)是斷層成像的一種，它利用磁共振現象從人體中獲得電磁信號， 并重建出人體信息。磁共振成像可以得到任何方向的斷層圖像，三維體圖像。進一步采用 MRI造影劑，可顯著縮短組織在外磁場作用下的共振時間、增大對比信號的差異、提高成像對比度和清晰度。臨床上常用的MRI造影劑是小分子的釓配合物造影劑。
[0004]CT(Computed Tomography)，即電子計算機斷層掃描，它是利用精確準直的X線束、 Y射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，可用于多種疾病的檢查。配合造影劑，進行造影掃描，可清楚顯示腫瘤組織。
[0005]鑒于UCNPs發光材料和MRI造影劑在醫學分析/成像領域的廣泛應用，研究人員已經開發出了有上轉換發光和MRI造影兩種功能的新材料。如摻雜的NaGdF4納米材料具有良好的熒光和順磁特性能，除了熒光標記和成像功能，在磁共振檢測當中也可以作為造影劑， 能夠增強分辨率，適合生物體的應用。
[0006]在具體使用中，上述納米材料經標記后進入特定腫瘤細胞，進而經檢測儀器成像。 由于CT成像、磁共振成像、熒光成像三者各有特點，把這三者有機地結合，可以更準確的確定腫瘤細胞的位置，大大提高診斷準確率。
[0007]同時，無論何種成像方式，其成像精確程度依賴于成像材料對腫瘤的識別能力，標記不成功或識別不成功的納米顆粒可以隨機進入正常細胞，從而把正常細胞識別為腫瘤細胞，對治療造成干擾。
[0008]因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】

[0009]本發明的目的在于提供一種核殼型多功能納米材料及其制備方法，旨在解決現有功能納米材料應用在成像領域中容易對檢測造成干擾的問題。
[0010]本發明的技術方案如下:一種核殼型多功能納米材料，其中，所述核殼型多功能納米材料的內核為上轉換納米發光材料，外殼為堿性錳化合物，所述內核與外殼之間還沉積有納米金顆粒。
[0011]所述的核殼型多功能納米材料，其中，所述上轉換納米發光材料為稀土上轉換納米發光材料。
[0012]所述的核殼型多功能納米材料，其中，所述稀土上轉換納米發光材料為含有稀土離子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物。[0〇13]所述的核殼型多功能納米材料，其中，所述稀土上轉換納米發光材料為鐿鉺雙摻雜材料。
[0014]所述的核殼型多功能納米材料，其中，所述堿性猛化合物為納米二氧化猛或納米氫氧化錳或納米碳酸錳。
[0015]—種核殼型多功能納米材料的制備方法，其中，包括步驟:A、上轉換納米發光材料的合成:將NaOH、蒸餾水、乙醇、油酸、表面活性劑攪拌混合形成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，攪拌均勻，然后逐滴加入NaF溶液，攪拌均勻，轉移至反應釜中反應一段時間后，自然冷卻到室溫，收集得到上轉換納米發光材料；B、水溶性上轉換納米發光材料的合成:將上轉換納米發光材料溶于水中，調節溶液pH 至3.0?5.0，攪拌一段時間，得到水溶性上轉換納米發光材料；C、納米金溶液的合成:將氯金酸稀釋并攪拌，攪拌過程中加入檸檬酸鈉，并煮沸，煮沸至溶液顏色為酒紅色，即得納米金溶液；D、修飾殼聚糖的納米金溶液的合成:將EDC與納米金溶液混合攪拌，再加入殼聚糖，攪拌過夜，即得修飾殼聚糖的納米金溶液；E、納米金包裹的上轉換納米發光材料的合成:將水溶性上轉換納米發光材料與修飾有殼聚糖的納米金溶液混合均勾，即得納米金包裹的上轉換納米發光材料。
[0016]F、在水溶性上轉換納米發光材料上修飾堿性錳化合物:將納米金包裹的上轉換納米發光材料、2-N-嗎啉代乙磺酸緩沖溶液、錳化合物母材料進行混合，然后經過離心分離和清洗，除去上清液，即得到堿性錳化合物為外殼的上轉換納米發光材料。
[0017]所述的核殼型多功能納米材料的制備方法，其中，所述步驟A中，收集上轉換納米發光材料的方法如下:用環己烷溶解和收集上轉換納米發光材料，再加入乙醇使樣品析出，離心分離得到的沉淀用乙醇和蒸餾水洗滌2-3次，最后在真空烘箱干燥。
[0018]所述的核殼型多功能納米材料的制備方法，其中，所述步驟A中，所述表面活性劑包括離子型、非離子型、極性和非極性表面活性劑。
[0019]有益效果:本發明的核殼型多功能納米材料，可同時實現熒光檢測和磁共振成像分析。核材料為稀土上轉換納米發光材料，可實現焚光標記/成像功能;殼材料為堿性猛化合物，進入腫瘤細胞后，分解為MRI造影劑Mn2+，而在正常細胞中，堿性錳化合物不分解，MRI 僅有較弱的背景成像，從而準確的實現對腫瘤細胞的MRI成像。由于納米金具有光熱作用和 CT成像功能，該納米復合材料進入腫瘤細胞后，在實現熒光和MRI雙功能成像的同時，還可以實現CT成像和光熱治療功能。【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1中添加聚乙烯吡咯酮極性活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。
[0021]圖2為本發明實施例1中添加羧甲基纖維素非極性活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。
[0022]圖3為本發明實施例1中添加曲拉通非離子型表面活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。
[0023]圖4為本發明實施例1中添加16-烷基磺酸鈉離子型表面活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。【具體實施方式】
[0024]本發明提供一種核殼型多功能納米材料及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0025]本發明提供一種核殼型多功能納米材料，其中，所述核殼型多功能納米材料的內核為上轉換納米發光材料，外殼為堿性錳化合物，所述內核與外殼之間還沉積有納米金顆粒。本發明的核殼型多功能納米材料，核材料為上轉換納米發光材料，可實現焚光標記/成像功能;殼材料為堿性錳化合物，進入腫瘤細胞后，分解為MRI造影劑Mn2+，而在正常細胞中， 堿性錳化合物不分解，MRI僅有較弱的背景成像，從而準確的實現對腫瘤細胞的MRI成像。由于納米金具有光熱作用和CT成像功能，該納米復合材料進入腫瘤細胞后，在實現熒光和MRI 雙功能成像的同時，還可以實現CT成像和光熱治療功能。
[0026]進一步地，本發明還可在堿性錳化合物表面標記抗體。本發明所述堿性錳化合物的表面可以標記有一種或多種抗體。例如，本發明所述堿性錳化合物的表面可以標記有一種可識別特異腫瘤細胞的抗體，以保證上轉換納米發光材料能夠進入特定的腫瘤細胞;所述堿性錳化合物的表面還可以標記有多種可識別特異腫瘤細胞的抗體，以保證上轉換納米發光材料能夠進入多種腫瘤細胞，實現對多種腫瘤細胞的同時檢測。[〇〇27]優選地，作為核材料的所述上轉換納米發光材料可以為任意具有上轉換發光功能的含有稀土離子的稀土上轉換納米發光材料。例如，所述稀土上轉換納米發光材料可以為但不限于含有稀土離子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物等。更優選地，所述稀土上轉換納米發光材料為鐿鉺雙摻雜材料，其中，鐿作為敏化劑，鉺作為激活劑。所述鐿鉺雙摻雜材料具有極高的上轉換發光效率。
[0028]優選地，所述堿性錳化合物可以為納米二氧化錳或納米氫氧化錳或納米碳酸錳等堿性錳化合物。上述堿性錳化合物進入腫瘤細胞后，分解為MRI造影劑Mn2+，而在正常細胞中，堿性錳化合物不分解，MRI僅有較弱的背景成像，從而準確的實現對腫瘤細胞的MRI成像。[0〇29]基于上述核殼型多功能納米材料，本發明還提供一種核殼型多功能納米材料的制備方法，其中，包括步驟:A、上轉換納米發光材料的合成:將NaOH、蒸餾水、乙醇、油酸、表面活性劑攪拌混合形成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，攪拌均勻，然后逐滴加入NaF溶液，攪拌均勻，轉移至反應釜中反應一段時間后，自然冷卻到室溫，收集得到上轉換納米發光材料；B、水溶性上轉換納米發光材料的合成:將上轉換納米發光材料溶于水中，調節溶液pH 至3.0?5.0，攪拌一段時間，得到水溶性上轉換納米發光材料；C、納米金溶液的合成:將氯金酸稀釋并攪拌，攪拌過程中加入檸檬酸鈉，并煮沸，煮沸至溶液顏色為酒紅色，即得納米金溶液；D、修飾殼聚糖的納米金溶液的合成:將EDC與納米金溶液混合攪拌，再加入殼聚糖，攪拌過夜，即得修飾殼聚糖的納米金溶液；E、納米金包裹的上轉換納米發光材料的合成:將水溶性上轉換納米發光材料與修飾有殼聚糖的納米金溶液混合均勾，即得納米金包裹的上轉換納米發光材料。
[0030] F、在水溶性上轉換納米發光材料上修飾堿性錳化合物:將納米金包裹的上轉換納米發光材料、2-N-嗎啉代乙磺酸緩沖溶液、錳化合物母材料進行混合，然后經過離心分離和清洗，除去上清液，即得到堿性錳化合物為外殼的上轉換納米發光材料。通過本發明上述制備方法，得到的上轉換納米發光材料，可實現熒光標記/成像、MRI成像和CT成像三種成像類型。還可以利用納米金實現光熱治療功能。[0〇31 ]優選地，所述步驟A中，收集上轉換納米發光材料的方法如下:用環己烷溶解和收集上轉換納米發光材料，再加入乙醇使樣品析出，離心分離得到的沉淀用乙醇和蒸餾水洗滌2-3次，最后在真空烘箱干燥。
[0032]優選地，所述步驟A中，所述表面活性劑包括離子型、非離子型、極性和非極性表面活性劑。上述表面活性劑對熒光上轉換發光顆粒的形貌有影響。
[0033]更優選的，極性表面活性劑為聚乙烯吡咯酮;非極性表面活性劑為羧甲基纖維素； 離子型表面活性劑為曲拉通;非離子型表面活性劑為16-烷基磺酸鈉。表面活性劑對樣品形貌有著重要作用，通過添加上述這類表面活性劑，合成的樣品形狀可控，而且分散性很好， 幾乎都能單獨分散開來。同時合成出來的樣品發光效率與不使用表面活性劑相當，甚至有所增強。
[0034]下面通過具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0035]實施例11)、上轉換納米發光材料的合成:2g NaOH，7mL蒸餾水，12mL乙醇，20mL油酸混合，磁力攪拌形成透明溶液，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表面活性劑，攪拌均勻。逐滴加入 5mL lmol/L的NaF溶液，攪拌lOmin，轉移至50mL的反應釜，在200°C反應15h，在烘箱內自然冷卻到室溫。取出，用環己烷溶解和收集，再加入乙醇使樣品析出，以8000rpm/min離心分離 lOmin，得到的沉淀用乙醇和蒸餾水洗滌2-3次，最后以90°C在真空烘箱干燥4h，即得上轉換納米發光材料。采用SEM得到的上轉換納米發光材料形貌圖為圖1、圖2、圖3及圖4所示。其中，圖1為本實施例1中添加聚乙烯吡咯酮極性活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。 圖2為本發明實施例1中添加羧甲基纖維素非極性活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM 圖。圖3為本發明實施例1中添加曲拉通非離子型表面活性劑的得到的上轉換納米發光材料 SEM圖。圖4為本發明實施例1中添加16-烷基磺酸鈉離子型表面活性劑的得到的上轉換納米發光材料SEM圖。結果顯示:有圓形和不規則長條形等形貌。顆粒大小和形貌隨表面活性劑的種類不同有所變化，因而通過添加不同的表面活性劑可以控制納米材料的形貌。這是因為表面活性劑對樣品形貌有著重要作用，通過添加這類表面活性劑，合成的樣品形狀可控， 而且分散性很好，幾乎都能單獨分散開來。同時合成出來的樣品發光效率與不使用表面活性劑相當，甚至有所增強。[〇〇36]2)、水溶性上轉換納米發光材料的合成:稱取上述的上轉換納米發光材料50mg溶于50mL的蒸餾水，配成lmg/mL的溶液，加入0.1 mol/L的HC1，調節溶液pH至4.0，磁力攪拌 2h，得到質子化的油酸上轉化納米發光材料，即得水溶性好的水溶性上轉換納米發光材料。 [0〇37]3)、納米金溶液的合成:50此1%氯金酸稀釋至50mL，以650rpm/min的轉速攪拌，煮沸，迅速加入0.5mL 1%的檸檬酸鈉，煮沸至溶液顏色為酒紅色，即得納米金溶液。[〇〇38]4)、修飾殼聚糖的納米金溶液:將10yL EDC與50此納米金溶液混合，并室溫攪拌lh，加入2mg殼聚糖，攪拌過夜，即得修飾殼聚糖的納米金溶液。[0〇39]5)、納米金包裹的上轉換納米發光材料的合成:將水溶性上轉換納米發光材料與修飾有殼聚糖的納米金溶液混合均勾1 Omin，即得納米金包裹的上轉換納米發光材料。
[0040]6)、在水溶性上轉換納米發光材料上修飾堿性錳化合物:將納米金包裹的上轉換納米發光材料移取250yL(lmg/mL)加到2mL的離心管中，再加入250yL 0? lmol/L pH=6的2-N-嗎啉代乙磺酸緩沖溶液，加入250yL 10 mmol/L KMn〇4進行混合。溶液30min后變成布朗膠體，經過離心分離，用去離子水清洗，除去上清液，即得到Mn02為外殼的上轉換納米發光材料。[〇〇41 ]7)、在Mn〇2表面標記抗體。[〇〇42] 實施例2采用水熱合成方法合成上轉換納米材料，具體過程如下:(1)稀土氯化物水溶液的配制。將2mL稀土氯化物(0.5mol/L LnCl3，Ln為78%Y+20%Yb+2%Er (摩爾分數))水溶液加入到20 mL乙二醇中，加入16-烷基磺酸鈉，攪拌均勻，10分鐘后得到溶液A。具體稱量數據如下:丫13(:13:0.076118，￥(:13 0.235518，￡1(:13 0.005518(2)他卩溶液的配置:稱量0.189008 NaF，加入4.5mL水，配置為1.0 mol/L的水溶液。將配合的溶液加入到20 mL乙二醇中，攪拌均勻，10分鐘后得到溶液B。(3)將A與B溶液混合。將溶液B快速倒入溶液A中，用玻璃板快速攪拌混合溶液約10 min。(4)均勻攪拌后，將配好的溶液轉移到100mL反應釜中，封好并放到180-240 °C的烤箱當中反應2-24個小時。(5)取出樣品，洗滌，分離，烘干。反應結束后， 待樣品自然冷卻后，把樣品轉移到分離容器中，用8000轉速離心分離10分鐘，重復3次，并且用乙醇洗滌3?4次，即可得到較純的樣品。然后把樣品轉移到燒杯中，把樣品放到烤箱中， 用90 °C真空干燥5個小時，得到固體粉末樣品。[〇〇43]固體粉末同前述過程包覆納米金后，取250mg，加到2mL的離心管中，再加入250此 0.1mol/L pH=8.0的磷酸鹽緩沖溶液，加入250此10 mmol/L KMn〇4進行混合;30min后經過離心分離，用去離子水清洗，除去上清液，即得到Mn(0H)2為外殼的上轉換納米發光材料。
[0044]在Mn(0H)2表面標記抗體。
[0045]實施例3包覆納米金的固體粉末200 mg加到5mL的離心管中，再加入500yL 0.1 mol/L MnCh溶液，然后在攪拌條件下逐滴加入lmL 0.lmol/L Na2C03溶液，30min后經過離心分離，用去離子水清洗，除去上清液，即得到MnC03為外殼的上轉換納米發光材料。
[0046]在MnC03表面標記抗體。[〇〇47]綜上所述，本發明的一種核殼型多功能納米材料及其制備方法，所述核殼型多功能納米材料的內核為上轉換納米發光材料，外殼為堿性錳化合物，所述內核與外殼之間還沉積有納米金顆粒。本發明的核殼型多功能納米材料，可同時實現熒光檢測和磁共振成像分析。核材料為稀土上轉換納米發光材料，可實現焚光標記/成像功能;殼材料為堿性猛化合物，進入腫瘤細胞后，堿性錳化合物分解為MRI造影劑Mn2+，可準確的實現對腫瘤細胞的 MRI成像；同時釋放出熒光上轉換內核材料，實現上轉換熒光成像。由于納米金具有光熱作用和CT成像功能，該納米復合材料進入腫瘤細胞后，在實現熒光和MRI雙功能成像的同時， 還可以實現CT成像和光熱治療功能。同時，如果有少量上述納米顆粒進入正常細胞，由于堿性錳化合物不分解，或者分解非常緩慢，不能提供做夠的MRI造影劑Mn2+，也不會釋放熒光上轉換內核材料和納米金，所以即便有部分納米復合材料識別錯誤進入到正常細胞內，在 MRI成像、上轉換熒光成像和CT成像過程中也不會被標記為腫瘤細胞，大大降低治療風險。 [〇〇48]應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種核殼型多功能納米材料，其特征在于，所述核殼型多功能納米材料的內核為上 轉換納米發光材料，外殼為堿性錳化合物，所述內核與外殼之間還沉積有納米金顆粒。2.根據權利要求1所述的核殼型多功能納米材料，其特征在于，所述上轉換納米發光材 料為稀土上轉換納米發光材料。3.根據權利要求2所述的核殼型多功能納米材料，其特征在于，所述稀土上轉換納米發 光材料為含有稀土離子的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物或齒化物。4.根據權利要求3所述的核殼型多功能納米材料，其特征在于，所述稀土上轉換納米發 光材料為鐿鉺雙摻雜材料。5.根據權利要求1所述的核殼型多功能納米材料，其特征在于，所述堿性錳化合物為納 米二氧化錳或納米氫氧化錳或納米碳酸錳。6.—種核殼型多功能納米材料的制備方法，其特征在于，包括步驟:A、上轉換納米發光材料的合成:將NaOH、蒸餾水、乙醇、油酸、表面活性劑攪拌混合形 成透明溶液，再加入稀土化合物水溶液，攪拌均勻，然后逐滴加入NaF溶液，攪拌均勻，轉移 至反應釜中反應一段時間后，自然冷卻到室溫，收集得到上轉換納米發光材料；B、水溶性上轉換納米發光材料的合成:將上轉換納米發光材料溶于水中，調節溶液pH 至3.0?5.0，攪拌一段時間，得到水溶性上轉換納米發光材料；C、納米金溶液的合成:將氯金酸稀釋并攪拌，攪拌過程中加入檸檬酸鈉，并煮沸，煮沸 至溶液顏色為酒紅色，即得納米金溶液；D、修飾殼聚糖的納米金溶液的合成:將EDC與納米金溶液混合攪拌，再加入殼聚糖，攪 拌過夜，即得修飾殼聚糖的納米金溶液；E、納米金包裹的上轉換納米發光材料的合成:將水溶性上轉換納米發光材料與修飾有 殼聚糖的納米金溶液混合均勾，即得納米金包裹的上轉換納米發光材料；F、在水溶性上轉換納米發光材料上修飾堿性錳化合物:將納米金包裹的上轉換納米發 光材料、2-N-嗎啉代乙磺酸緩沖溶液、錳化合物母材料進行混合，然后經過離心分離和清 洗，除去上清液，即得到堿性錳化合物為外殼的上轉換納米發光材料。7.根據權利要求6所述的核殼型多功能納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟A 中，收集上轉換納米發光材料的方法如下:用環己烷溶解和收集上轉換納米發光材料，再加入乙醇使樣品析出，離心分離得到的 沉淀用乙醇和蒸餾水洗滌2-3次，最后在真空烘箱干燥。8.根據權利要求6所述的核殼型多功能納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟A 中，所述表面活性劑包括離子型、非離子型、極性和非極性表面活性劑。
【文檔編號】A61K49/04GK105950150SQ201610149181
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月16日
【發明人】楊海朋, 陳雪妮, 王俊俊, 鐘瑾滔, 戈早川
【申請人】深圳大學