磁性-上转换纳米粒子聚集体及其制备方法

摘要

本发明公开了磁性‑上转换纳米粒子聚集体，它是由下述方法制备的：在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1‑1:10的质量比均匀混合；加入十二烷基三甲基溴化铵水溶液，35‑45℃搅拌5‑15分钟；再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和4.0‑10.0mL乙二醇，75‑85℃搅拌3‑8小时，冷却至室温；离心洗涤，得到磁性‑上转换纳米粒子聚集体。本发明制备方法简便，重复性好，通过调节磁性纳米粒子和上转换纳米粒子的比例、乙二醇加入量等反应参数，可实现对磁性‑上转换纳米粒子聚集体各组分含量、尺寸、超顺磁性和上转换发光性能的精准调控；能同时满足生物分离、生物成像、生物检测、磁热治疗等的应用需求。

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种磁性-上转换纳米粒子聚集体及其制备方法。

背景技术

随着生物医用纳米材料的快速发展，基于多功能纳米复合材料诊疗平台的构建已成为研究热点。磁光复合材料由于同时具有磁响应能力和荧光性质，在靶向药物输运、生物成像、生物检测、光动力学治疗、细胞分离等领域展现出了巨大的应用前景，近年来受到了研究者的广泛关注。

与传统的半导体纳米晶、有机染料、量子点等荧光纳米材料相比，稀土掺杂上转换纳米材料具有独特的反斯托克斯发光性质，其激发光为近红外光，有着较强的生物组织穿透能力，对生物体损伤小，光化学稳定性好，可有效避免生物体背景荧光的干扰，这些独特的性质使上转换纳米材料在生物医学方面具有潜在的应用前景。

磁性纳米材料，如铁基纳米晶、四氧化三铁纳米材料等，在纳米尺度上表现出了独特的尺寸效应，普遍具有较强的磁响应能力。有医学实验证明，磁性纳米材料在磁场下能逃脱网状内皮细胞系统的吞噬，体内代谢途径明确，已被广泛应用于生物分离、药物靶向输运、磁共振成像等领域。此外，磁性纳米材料还具有磁热转换能力，可在交变磁场下产生热能，提高组织温度，杀伤肿瘤细胞。

如若将稀土上转换发光材料与磁性纳米材料进行复合，构建一种集磁热治疗、磁共振成像、荧光成像等能力于一体的多功能诊疗平台，将符合现代生物医学领域对纳米复合材料的多功能化需求，有重要的实际应用意义。然而，目前制备磁性-上转换纳米复合材料的方法主要为种子生长法、交联剂偶联法和SiO₂包覆法等。这些制备方法普遍存在的问题是，制备工艺复杂，反应过程难以控制，无法精准地通过对复合材料中各组分含量的调整实现对复合材料性能的调控。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术制备的磁性-上转换纳米复合材料各组分含量、磁学性能及上转换发光性能不可精准调控的问题，而提供一种制备工艺简单、重复性好的磁性-上转换纳米粒子聚集体及其制备方法。

磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备方法，它包括：

1）在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1-1:10的质量比均匀混合；

2）加入1-3 mL十二烷基三甲基溴化铵水溶液，35-45℃搅拌5-15分钟；

3）再加入聚乙烯吡咯烷酮和4.0-10.0 mL乙二醇，75-85℃搅拌3-8小时，冷却至室温；

4）离心洗涤，得到磁性-上转换纳米粒子聚集体；

步骤1）中所述的油酸修饰的磁性纳米粒子为Fe、Fe₃O₄、Fe₂O₃、FePt、CoFe₂O、NiFeO₄或MnFeO₄；所述的油酸修饰的稀土掺杂上转换纳米粒子为NaYF₄：Yb³⁺，Er³⁺、NaYF₄：Yb³⁺，Tm³⁺、NaYF₄：Yb³⁺，Ho³⁺、NaGdF₄：Yb³⁺，Er³⁺、NaGdF₄：Yb³⁺，Tm³⁺或NaGdF₄：Yb³⁺，Ho³⁺；

步骤2）中所述的十二烷基三甲基溴化铵水溶液浓度为65.0μM，添加量为1mL；所述的搅拌为40℃搅拌10分钟；

步骤3）中所述的聚乙烯吡咯烷酮分子量为40000，添加量0.2g；所述的搅拌为80℃搅拌6小时。

油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液，它是由下述方法制备的：

将稀土氯化物、氢氧化钠、氟化铵、油酸、十八烯按照2: 5:8:38:74的摩尔比混合，氮气保护下升温至310℃，反应1.5小时，冷却至室温；加入丙酮溶液，离心后分散在氯仿溶液中，获得尺寸为48.6 nm、浓度为30 mg/mL的油酸修饰的稀土掺杂上转换纳米粒子氯仿溶液。

所述的稀土氯化物为氯化钇、氯化镱或氯化铒。

油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液，它是由下述方法制备的：

将油酸、油胺、乙酰丙酮铁、1，2-十六烷二醇、二苄醚按照2:2:2:10:105的摩尔比混合，在氮气保护下加热至200℃反应1小时，再加热至300℃反应1小时，冷却至室温；吸磁洗涤三遍，分散到氯仿中，获得尺寸为5.2 nm、浓度为20 mg/mL的Fe₃O₄纳米粒子氯仿溶液。

本发明提供了磁性-上转换纳米粒子聚集体，它是由下述方法制备的：在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1-1:10的质量比均匀混合；加入1-3 mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，35-45℃搅拌5-15分钟；再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和4.0-10.0 mL乙二醇，75-85℃搅拌3-8小时，冷却至室温；离心洗涤，得到磁性-上转换纳米粒子聚集体。本发明制备方法简便，重复性好，通过调节磁性纳米粒子和上转换纳米粒子的比例、乙二醇加入量等反应参数，可实现对磁性-上转换纳米粒子聚集体各组分含量、尺寸、超顺磁性和上转换发光性能的精准调控；该方法所制得的纳米复合材料各组分含量、尺寸、磁性及上转换发光性能高度可控，能同时满足生物分离、生物成像、生物检测、磁热治疗等的应用需求。

附图说明

图1 磁性-上转换纳米粒子聚集体的扫描电镜照片；

图2 磁性-上转换纳米粒子聚集体尺寸与磁性纳米粒子和上转换纳米粒子比例的关系；

图3 磁性-上转换纳米粒子聚集体尺寸与乙二醇体积的关系。

具体实施方式

实施例1 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4：1的质量比均匀混合，加入1mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40℃搅拌10分钟，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和5.0mL乙二醇，80℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为412nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体；磁性-上转换纳米粒子聚集体的扫描电镜照片如图1所示。

实施例2 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照1：1的质量比均匀混合，加入1mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40℃搅拌10分钟，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和5.0mL乙二醇，80℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为523nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体。

实施例3 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照1：10的质量比均匀混合，加入1mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40℃搅拌10分钟，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和5.0mL乙二醇，80℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为854 nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体。

实施例4 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1的质量比均匀混合，加入1mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40℃搅拌10分钟，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和4.0mL乙二醇，80 ℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为201 nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体。

实施例5 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1的质量比均匀混合，加入1 mL浓度为65.0 μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40 ℃搅拌10分钟，再加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮和7.5 mL乙二醇，80 ℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为423 nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体。

实施例6 磁性-上转换纳米粒子聚集体的制备

在氮气保护下，将油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液和油酸修饰的上转换纳米粒子氯仿溶液按照4:1的质量比均匀混合，加入1mL浓度为65.0μM的十二烷基三甲基溴化铵水溶液，40 ℃搅拌10分钟，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮和10.0mL乙二醇，80℃搅拌6小时，冷却至室温，离心洗涤，得到尺寸为471 nm的磁性-上转换纳米粒子聚集体。

实施例1~6制备的磁性-上转换纳米粒子聚集体，其尺寸大小可调控；如图2所示的为磁性-上转换纳米粒子聚集体尺寸与磁性纳米粒子和上转换纳米粒子比例的关系；如图3所示的为磁性-上转换纳米粒子聚集体尺寸与乙二醇体积的关系。

实施例7油酸修饰的稀土掺杂上转换纳米粒子氯仿溶液的制备

将稀土氯化物（氯化钇、氯化镱、 氯化铒）、氢氧化钠、氟化铵、油酸、十八烯按照2: 5:8:38:74的摩尔比混合，氮气保护下升温至310℃，反应1.5小时，冷却至室温；加入丙酮溶液，离心后分散在氯仿溶液中，获得尺寸为48.6 nm、浓度为30 mg/mL的油酸修饰的稀土掺杂上转换纳米粒子氯仿溶液。

实施例8 油酸修饰的磁性纳米粒子氯仿溶液的制备

将油酸、油胺、乙酰丙酮铁、1，2-十六烷二醇、二苄醚按照2:2:2:10:105的摩尔比混合，在氮气保护下加热至200℃反应1小时，再加热至300℃反应1小时，冷却至室温；吸磁洗涤三遍，分散到氯仿中，获得尺寸为5.2 nm、浓度为20 mg/mL的Fe₃O₄纳米粒子氯仿溶液。