专利名称：具有双重作用的NaYF₄基荧光纳米颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及上转换荧光材料领域，具体涉及一种具备上转换荧光成像和磁共振成像双模式的NaYF4基荧光纳米颗粒及其制备方法。
背景技术：
肿瘤早期诊断迫切需要一种具备多重模式结合、高效特异性主动靶向的生物探针。目前荧光成像和磁共振成像是最具潜力的诊断方式。研究基于荧光/磁共振复合的多模式探针有望克服目前癌症早期诊断中存在的诸多不足之处，提高临床肿瘤的确诊率。 目前，传统荧光成像领域的研究重点是基于有机荧光素以及含有重金属元素的半导体量子点。前者因为发光稳定性不佳而逐渐被后者替代。而后者也因为潜在的重金属毒性而限制了其进一步的生物应用。上转换荧光材料是一类重要的稀土(RE)发光材料，它能够通过多光子机制将低频率激发光转换成高频率发射光，具有近红外激发，发射紫外-红外等多波段荧光的特点，在固体激光器、传感器、太阳能电池和三维立体演示等领域有着重要的应用。近年来，纳米尺度的上转换荧光材料(上转换荧光纳米颗粒)作为一种新型荧光标记物(探针)在生物大分子检测方面的应用逐渐受到研究人员的重视。相比于传统的荧光标记物如有机荧光素和半导体量子点等，上转换荧光纳米颗粒作为生物分子探针具有发光强度高且稳定、组织穿透深度大、背景噪音低及活体光毒性低等优势。例如，上转换荧光纳米颗粒的激发光为近红外光，在此激发条件下，可以避免生物自体荧光的干扰和散射光现象， 从而降低检测背景，提高信躁比。因此，上转换荧光纳米颗粒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。在现有的上转换荧光纳米材料中，六方相NaYF4是目前报道中发光性能最佳的基质材料，通过向NaYF4中掺杂稀土离子对(如Er3+Ab3+ ；Tm3+Ab3+),可以获得发光性能优异的荧光颗粒。CN102140662 A公开了一种NaYF4Ib，Er上转换荧光材料及制备方法。然而， 纳米NaYF4由于表面缺陷的存在，通常其发光效率明显低于体相材料，如何提高基于NaYF4 纳米颗粒的发光性能成为本领域的一个重要研究课题。2009年国外研究人员发现通过向原先发光的NaYF4:Er/%纳米颗粒中中掺杂稀土元素钆离子，可以顺利实现具有上转换荧光和磁共振成像双重作用的纳米颗粒(Kumar， R. and Prasad, P. N. Adv. Fund. Mater. 2009, 19, 853.)。例如镧系稀土钆离子(Gd3+) 具有半满的4f层电子，是目前应用最为广泛的T1-MRI造影用离子。临床使用的T1-MRI造影剂多为Gd3+的络合物，其纵向弛豫率(T1)为3. 8 HiT1iT1左右。通过向NaYF4基质中掺杂稀土元素Gd离子，可以使材料具有T1-MRI造影功能，然而，目前Gd3+掺杂的NaYF4结构中已报道的最高Λ 值仅为 1. 4 Hir1S-1 (Park, Y. I. and Hyeon, Τ. Adv. Mater. 2009，21， 4467.)，远远低于临床用Gd剂，因此，亟待发展一种更加高效的基于NaYF4的荧光/磁共振双模式纳米生物分子探针。

发明内容
面对现有技术存在的上述问题，本发明的第一方面提供一种具有双重作用的 NaYF4基荧光纳米颗粒，所述NaYF4基荧光纳米颗粒至少包括内核和外壳，其中所述内核为 NaYF4:Er/Yb/Gd 或 NaYF4:Er/Yb，所述外壳为 NaGdF4。本发明的NaYF4基荧光纳米颗粒具有核壳结构，通过在不同层引入不同的发光离子对，实现单一荧光颗粒的单一激发多色发光的功能，并且兼具磁共振成像；同时，通过引入包裹层减少颗粒的表面缺陷，提高了颗粒的荧光强度。本发明的NaYF4基荧光纳米颗粒还可包括中间层形成三层结构，所述中间层可为 NaYF4 :Tm/Yb。本发明的妝￥ 4基荧光纳米颗粒中，所述外壳NaGdF4W平均厚度可为0.2 4 nm, 优选0. 2 3. 7 nm,更优选0. 2 2. 0 nm。其相应的纵向弛豫率可为1. 18 6. ISmT1S-1, 优选 2. 18 6. ISmT1S-1,更优选 5. 46 6. ISmT1S-1。通过优化最外层NaGdF4W厚度，可提高上转换荧光颗粒的纵向弛豫率，实现接近甚至超过临床Gd剂的纵向弛豫率值的目的。所制备颗粒的弛豫率最高为6. 18 mM^s—1，是文献首次报道的类似结构的44倍。单一颗粒的最大弛豫率为1. 4X IO5 HiT1sA另一方面，本发明提供一种制备具有双重作用的NaYF4基荧光纳米颗粒的方法，包括将所述内核包含的稀土离子的氯化物、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、分散在环己烷中作为内核的内核制备步骤；以及将所述外壳包含的稀土离子的氯化物、所要包覆的内核的环己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、分散在环己烷的外壳制备步骤。其中，所述内核制备步骤可包括将所述内核包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加分散有NaOH 和NH4F的甲醇溶液，升温去除甲醇；以及在290 300°C热分解1. 5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，所得产物分散在环己烷中。所述外壳制备步骤可包括将所述外壳包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加所要包覆的内核的环己烷溶液，升温去除环己烷；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，升温去除甲醇；以及在 290 300°C热分解1. 5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，所得产物分散在环己烷中。本发明的方法还可以包括制备中间层NaYF4 = TmAb步骤将所述中间层包含的稀土离子的氯化物、所要包覆的内核的环己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、分散在环己烷的中间层制备。所述中间层制备步骤包括将所述中间层包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加所要包覆的内核的环己烷溶液，升温去除环己烷；加分散有NaOH和NH/的甲醇溶液，升温去除甲醇；以及在 290 300°C热分解1. 5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，所得产物分散在环己烷中。本发明方法所使用的原料均为无机盐，制备过程不会产生毒害气体。所制备的纳米颗粒形貌为球形，尺度均一可控，为六方相NaYF4。制得的NaYF4基荧光纳米颗粒具有良
5好的上转换荧光发射和T1-MRI加权性能，有望在未来肿瘤多模式早期成像中具有良好的应用前景。


图IA示出了实施例1制备的平均粒径18 nm的NaYF4Er/Yb/Gd低倍TEM照片； 图IB示出了实施例1制备的平均粒径18 nm的NaYF4ErAb/Gd高倍TEM照片； 图2A示出了实施例2制备的平均粒径22 nm的NaYF4Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb低倍 TEM照片；
图2B示出了实施例2制备的平均粒径26 nm的NaYF4Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb高倍 TEM照片；
图3A示出了实施例3制备的平均粒径沈nm的NaYF4:Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 低倍TEM照片；
图:3B示出了实施例3制备的平均粒径沈nm的NaYF4:Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 高倍TEM照片；
图4A示出了实施例4制备的平均粒径Mnm的NaYF4:Er/ i NaGdF4低倍TEM照片； 图4B示出了实施例4制备的平均粒径M nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4高倍TEM照片； 图5A示出了实施例5制备的平均粒径24. 5nm的NaYF4:Er/Yb i NaGdF4低倍TEM照
片；
图5B示出了实施例5制备的平均粒径24. 5 nm的NaYF4:Er/Yb i NaGdF4高倍TEM照
片；
图6A示出了实施例6制备的平均粒径25. 8nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4低倍TEM照
片；
图6B示出了实施例6制备的平均粒径25. 8 nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4高倍TEM照
片；
图7A示出了实施例7制备的平均粒径27. 5nm的NaYF4:ErAb i NaGdF4低倍TEM照
片；
图7b示出了实施例7制备的平均粒径27. 5 nm的NaYF4:Er/ i NaGdF4高倍TEM照
片；
图8A示出本发明制备的纳米颗粒的示例发射光谱，其中激发光λ =980 nm，虚线为 NaYF4:Er/Yb/Gd 的荧光，点划线为 NaYF4Er/Yb/Gd顯aYF4 Tm/Yb 的荧光，实线为 NaYF4 = Er/ Yb/Gdi NaYF4:Tm/Ybi NaGdF4 的荧光；
图8B示出图8A中A部分的放大示意图； 图8C示出图8A中B部分的放大示意图9示出水溶性NaYF4:Er/%/Gd@ NaYF4:Tm/Ybi NaGdF4纳米颗粒的纵向弛豫率的曲线图，测试仪器为临床用3. 0 T MRI ；
图10示出水溶性NaYF4 = ErAbONaGdF4 (0.2 nm)纳米颗粒的纵向弛豫率的曲线图，测试仪器为临床用3. 0 T MRI ；
图11示出水溶性NaYF4 = ErAbONaGdF4 (0.7 nm)纳米颗粒的纵向弛豫率的曲线图，测试仪器为临床用3. 0 T MRI ；图 12 示出水溶性 NaYF4: Er/Yb_aGdF4 试仪器为临床用3. 0 T MRI ；
图 13 示出水溶性 NaYF4: Er/Yb_aGdF4 试仪器为临床用3.0 T MRI。
4/12 页
(2.0 nm)纳米颗粒的纵向弛豫率的曲线图，测 (3.7 nm)纳米颗粒的纵向弛豫率的曲线图，测
说明书
具体实施例方式参照说明书附图，并结合下述实施方式进一步说明本发明，应理解，说明书附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本发明通过晶核辅助生长工艺，制备具有核壳结构的上转换荧光纳米颗粒，并在颗粒的不同层引入不同的发光离子对，下面分别以具有三层结构和两层结构的上的制备为例进行说明。 一、具有三层结构的上转换荧光纳米颗粒(NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/Ybi NaGdF4) 的制备。(一)内核NaYF4 Er/YbGd 的制备
1)稀土氯化物水溶液分别称取适量的钇(Y)、镱( )、铒(Er)及钆(Gd)的氯化物， 用去离子水溶解备用。稀土氯化物此处可采用其各自常用的水合物(例如YCl3 ·6Η20、 YbCl3 · 6H20、ErCl3 · 6H20、GdCl3 · χΗ20，采用的去离子水的量可为溶解所述氯化物的量或稍过量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述预先配置的稀土氯化物水溶液，采用的油酸和十八烯的体积比可为1 :2。室温下搅拌1小时左右。通氩气一定时间(例如5分钟)以去除空气，接着进行缓慢的除水过程。除水结束后，体系温度升到160°C左右进行保温一定时间，例如60分钟，获得淡黄色澄清液。停止加热，体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。3)称取适量的NaOH和NH4F,用适量甲醇(例如IOmL)溶解，超声分散。然后将其小心地加入上述体系中，室温下搅拌2小时；而后升温到80 100°C去除甲醇，保温约1小时，直到甲醇去除完毕。4)甲醇除完之后，体系开始升温，将温度稳定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小时，然后自然降至室温。6)产物清洗可依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，可重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得无色澄清溶液。980nm激发光照射下产物可以发射明显的绿光。(二)二层核壳结构的制备=NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/Yb
1)稀土氯化物水溶液称分别称取适量的钇(Y)、镱( )、及铥(Tm)的氯化物，用去离子水溶解备用。稀土氯化物此处可采用其各自常用的水合物，例如YCl3 WH2OJbCl3 ·6Η20、 TmCl3 · 6Η20。采用的去离子水的量可为溶解所述氯化物的量或稍过量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述预先配置的稀土氯化物水溶液，。采用的油酸和十八烯的体积比可为1 :2，室温下搅拌1小时左右。通氩气一定时间(例如5分钟)以去除空气，接着进行缓慢的除水过程。除水结束后，体系温度升到160°C左右，保持一定时间，例如60分钟。获得淡黄色澄清液。停止加热，体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。3)向体系中加入适量的预先制备的NaYF4 = ErAbGd环己烷溶液做为内核。搅拌30分钟后，升温至80°C左右除去环己烷溶液；
4)称取适量的NaOH和NH4F,用适量甲醇溶解，超声分散。然后将其小心地加入上述体系中，室温下搅拌2小时左右；升温到80 100°C以去除甲醇，保持1小时左右，直到甲醇除完。5)甲醇除完之后，体系开始升温，将温度稳定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小时，然后自然降至室温。6)产物清洗可依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，可重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得无色澄清溶液。(三)三层核壳结构的制备NaYF4 Er/YbGdiNaYF4 Tm/YbiNaGdF4
1)稀土氯化物水溶液称取适量的钆氯化物(例如GdCl3 · χΗ20)，用适量的去离子水溶解备用。)在油酸和十八烯混合液中加入上述预先配置的稀土氯化物水溶液，室温下搅拌 1小时。采用的油酸和十八烯的体积比可为1 :2。通氩气一定时间(例如5分钟)以去除空气，接着进行缓慢的除水过程。除水结束后，体系温度升到160°C左右，保持一定时间，例如 60分钟左右。获得淡黄色澄清液。停止加热，体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。3)向体系中加入适量的预先制备的NaYF4:Er/%Gd@NaYF4:TmAb环己烷溶液做为内核。搅拌30分钟后，升温至80°C除去环己烷溶液；
4)称取适量的NaOH和NH4F,用适量甲醇溶解，超声分散。然后将其小心地加入上述体系中，室温下搅拌2小时；升温到80 100°C以去除甲醇，保持1小时左右，直到甲醇除完。5)甲醇除完之后，体系开始升温，将温度稳定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小时，然后自然降至室温。6)产物清洗可依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，可重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得无色澄清溶液。制得的NaYF4:Er/%Gd顯aYF4:Tm/%_aGdF4的示例发射光谱可参见附图8，其纵向弛豫率可参见附图9。实施例1平均粒径18 nm的NaYF4 Er/%/Gd的制备
稀土氯化物水溶液分别称取 1. 3 mmol (394.368 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964 mg)的 YbCl3 ·6Η20、0· 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 ·6Η20 及 0. 3mmol(79. 083) 的GdCl3 · XH2O粉末，用4 mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入预先配置好的上述氯化物的水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中空气，然后体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。停止加热，让体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。称取200 mg NaOH,296. 3 mg NH4F,用10 mL甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，并保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C， 保持1.5 h。然后自然降至室温。产物清洗首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000r/min，离心10分钟；加入5 10 mL的环己烷，超声，然后加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。980 nm激光照射下产物可以发射有明显的绿光。制得产物的平均粒径为18nm，其低倍及高倍TEM照片分别如图1A、1B所示。实施例2 (平均粒径 22 nm 的 NaYF4 Er/Yb/Gd@ NaYF4:Tm/Yb 制备)实施例1基础上，继续进行以下步骤
稀土氯化物水溶液分别称取 0. 747 mmol (226.61 mg)的 YCl3 · 6Η20、0· 25 mmol(96. 8725 mg)的 YbCl3 · 6H20、0. 003mmol (0· 8258 mg)的 TmCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去离
子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中空气，然后体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入Immol的实施例1制备的NaYF4:Er/%Gd环己烷溶液做为生长的内核。搅拌30分钟后，升温至80°C除去环己烷溶液。准备100 mg NaOH、148. 15 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中，室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C，保持1.5小时，然后自然降至室温。产物清洗首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。用10000 r/min，离心10分钟；然后加入5 10 mL的环己烷，并超声，加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后的产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为22nm，其低倍及高倍TEM照片分别如图2A、2B所示。实施例3 (平均粒径 26 nm 的 NaYF4 Er/Yb/Gd@ NaYF4 Tm/Yb@ NaGdF4 制备)在实施例2基础上继续进行以下步骤
稀土氯化物水溶液称取1 mol (263. 61 mg)的GdCl3 ·χΗ20粉末，用4 mL去离子水溶
解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸、30 mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，然后体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入1 mmol的实施例2制备的NaYF4:Er/YbGd_aYF4:Tm/Yb环己烷溶液做为生长的内核。搅拌30分钟后，升温至80°C除去环己烷溶液。准备100 mg NaOH、148. 15 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中，室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后温度稳定在290 300°C，保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000 r/min，离心10分钟；加入5 10 mL的环己烷，超声，加入15 mL的酒精，超声约5分钟， 离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为^nm，其低倍及高倍TEM照片分别如图3AJB所示。二、具有两层结构的转换荧光纳米颗粒(NaYF4:Er/% @ NaGdF)的制备。(一)内核NaYF4 Er/Yb 的制备
1)稀土氯化物水溶液分别称取适量的钇(Y)、镱( )、及铒(Er)的氯化物，用去离子水溶解备用。稀土氯化物此处可采用其各自常用的水合物，例如(YCl3 · 6H20, YbCl3 · 6H20、 ErCl3 · 6H20。采用的去离子水的量可为溶解所述氯化物的量或稍过量。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述预先配置的稀土氯化物水溶液，采用的油酸和十八烯的体积比可为1 :2。室温下搅拌1小时左右。通氩气一定时间(例如5分钟)以去除空气，接着进行缓慢的除水过程。除水结束后，体系温度升到160°C左右进行保温一定时间，例如60分钟，获得淡黄色澄清液。停止加热，体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。3)称取适量的NaOH和NH4F,用适量甲醇(例如IOmL)溶解，超声分散。然后将其小心地加入上述体系中，室温下搅拌2小时；升温到80 100°C以去除甲醇，保温约1小时， 直到甲醇除完。4)甲醇除完之后，体系开始升温，将温度稳定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5 小时，然后自然降至室温。5)产物清洗可依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，可重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得无色澄清溶液。980nm激发光照射下产物可以发射明显的绿光。(二)二层核壳 NaYF4 Er/Yb §NaGdF4 的制备
1)稀土氯化物水溶液称取适量的钆氯化物(例如GdCl3 · χΗ20)，用适量的去离子水溶解备用。2)在油酸和十八烯混合液中加入上述预先配置的稀土氯化物水溶液，室温下搅拌 1小时。采用的油酸和十八烯的体积比可为1 :2。通氩气一定时间(例如5分钟)以去除空气，接着进行缓慢的除水过程。除水结束后，体系温度升到160°C左右，保持一定时间，例如 60分钟左右。获得淡黄色澄清液。停止加热，体系自然降温至室温(其间保持通氩气)。3)向体系中加入适量的预先制备的NaYF4 = ErAb环己烷溶液作为内核。搅拌30 分钟后，升温至80 °C除去环己烷溶液。4)称取适量的NaOH和NH4F,用适量甲醇溶解，超声分散。然后将其小心地加入上述体系中，室温下搅拌2小时；升温到80 100°C以去除甲醇，保持1小时左右，直到甲醇除完；甲醇除完之后，体系开始升温，将温度稳定在290 300°C，冷凝回流，保持1. 5小时， 然后自然降至室温。5)产物清洗可依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗，离心收集，可重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得无色澄清溶液。实施例4 (平均粒径24 nm的NaYF4 = Er/ i NaGdF4,制备NaGdF4层厚度为0. 2 nm)
10内核的制备=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分别称取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol(139. 4964 mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，然后体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。称取200 mg NaOH和四6. 3mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C，保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000 r/min，离心10分钟；加入5 IOmL的环己烷，超声，加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。980 nm激光照射下产物可以发射有明显的绿光。二层核壳结构的制备=NaYF4: Er/Yb_aGdF4
稀土氯化物水溶液称取0. 337 mol GdCl3 · xH20粉末，用4 mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入预先制备的约1 mmol NaYF4:ErAb环己烷溶液做为生长的内核。搅拌30分钟后，升温至80°C除去环己烷溶液。称取33. 7 mg NaOH和49. 92 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C，并保持1.证。自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000 r/min，离心10分钟；加入5 10 mL的环己烷，超声，然后加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后的产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为M nm，外壳的平均厚度为0. 2 nm，其低倍及高倍TEM照片分别如图4A、4B所示；其纵向弛豫率可参见附图10。实施例5 (平均粒径24. 5 nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4制备，NaGdF4层厚度为0. 7nm)内核的制备=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分别称取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去
离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入预先上述配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。 除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。称取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中，室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C， 保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用IOOOOr/ min，离心10分钟；加入5 10 mL环己烷，并超声，然后加入15 mL的酒精，超声约5分钟， 离心收集。重复清洗4次，最后的产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。980 nm激光照射下产物可以发射有明显的绿光。二层核壳结构的制备=NaYF4: ErAb §NaGdF4
稀土氯化物水溶液称取0. 08 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4 mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热， 让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入预先制备的约1 mmol NaYF4:ErAb环己烷溶液作为生长的内核。搅拌30分钟后，升温至80 NaYF4:Er/Yb除去环己烷溶液。称取8 mg NaOH和11. 85 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100 °C，保持1小时。直到甲
醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在四0 300°C， 并保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用 10000 r/min，离心10分钟；然后加入5 10 mL的环己烷，超声，然后加入15 mL的酒精， 超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后的产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为24. 5 nm,外壳的平均厚度为0. Ixm,其低倍及高倍TEM照片分别如图5A、5B所示；其纵向弛豫率可参见附图11。实施例6 (平均粒径25. 8 nm的NaYF4 Er/Yb i NaGdF4制备，NaGdF4层厚度为2. 0nm)
内核的制备=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分别称取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol(139. 4964 mg)的 YbCl3 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 ·6Η20 粉末，用 4 mL 去
离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入上述预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。称取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F,用10 mL甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C，保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000 r/min，离心10分钟；然后加入5 10 mL的环己烷，并超声，加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。980 nm激光照射下产物可以发射有明显的绿光。二层核壳结构NaGdF4的制备
1)稀土氯化物水溶液称取0. 02 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入上述预先制备的约1 mmol NaYF4:ErAb环己烷溶液做为生长的内核。搅拌30 min后，升温至80度除去环己烷溶液。称取2 mg NaOH和2. 96 mg NH4F，用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后温度稳定在290 300°C，保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL的无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用10000 r/min，离心10分钟；然后加入5 10 mL的环己烷，并超声，加入15 mL的酒精，超声约5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为25. 8 nm,外壳的平均厚度为2. 0 nm,其低倍及高倍TEM照片分别如图6A、6B所示；其纵向弛豫率可参见附图12。实施例7 (平均粒径27. 5 nm的NaYF4 Er/Yb @ NaGdF4制备，NaGdF4层厚度为3. 7nm)
内核的制备=NaYF4: ErAb
稀土氯化物水溶液分别称取 1. 6 mmol (458.376 mg)的 YCl3 · 6H20、0. 36 mmol (139. 4964 mg)的 YbCl3 · 6H20 及 0. 04 mmol (15. 2684 mg)的 ErCl3 · 6H20 粉末，用 4 mL 去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸和30 mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液，室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，体系开始进行缓慢的除水过程。 除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。称取200 mg NaOH和四6. 3 mg NH4F,用10 mL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后的温度稳定在290 300°C， 保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用 10000 r/min，离心10分钟；加入5 IOmL的环己烷，超声，然后加入15mL的酒精，超声约 5 min，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。980 nm激光照射下产物可以发射有明显的绿光。二层核壳结构 NaYF4 Er/Yb §NaGdF4 的制备
1) 稀土氯化物的准备称取0. 004 mol GdCl3 · χΗ20粉末，用4 mL去离子水溶解备用。向三口瓶中加入15 mL油酸，30 mL十八烯，然后加入预先配置好的氯化物水溶液， 室温下搅拌1小时。通氩气5分钟，除去瓶中的空气，然后体系开始进行缓慢的除水过程。 除水完毕后，体系升到160°C左右，保持60分钟。获得淡黄色澄清液。然后停止加热，让体系自然降温至室温(保持通氩气)。向体系中加入预先制备的约1 mmol NaYF4:ErAb环己烷溶液作为生长的内核。搅拌30分钟后，升温至80°C除去环己烷溶液。称取0. 4 mg NaOH和0. 592 mg NH4F,用IOmL的甲醇溶解，超声分散。然后小心加入体系中。室温下搅拌2小时。2小时后，体系开始进入除甲醇环节。升温到80 100°C，保持1小时。直到甲
醇除完。甲醇除完之后。将冷凝管接好，体系开始升温，将最后温度稳定在290 300°C，保持1.5小时。然后自然降至室温。产物清洗过程首先向体系中加入20 mL无水乙醇，室温搅拌30分钟。然后用 10000 r/min，离心10分钟；加入5 10 mL的环己烷，并超声，加入15 mL的酒精，超声约 5分钟，离心收集。重复清洗4次，最后产物用环己烷溶液分散，获得为无色澄清溶液。制得产物的平均粒径为27. 5 nm，外壳的平均厚度为37nm，其低倍及高倍TEM照片分别如图7A、7B所示；其纵向弛豫率可参见附图13。
本发明制备具有核壳结构的上转换荧光纳米颗粒，通过在不同层引入不同的发光离子对，可实现单一荧光颗粒的单一激发多色发光的功能；同时，通过引入包裹层减少颗粒的表面缺陷，提高了颗粒的荧光强度。第二，通过优化最外层NaGdF4的厚度，提高上转换荧光颗粒的纵向弛豫率，实现接近甚至超过临床Gd剂的纵向弛豫率值的目的。所制备颗粒的弛豫率最高为6. 18 Hir1s-1,是文献首次报道的类似结构的44倍。单一颗粒的最大弛豫率为 ι. 4 χ ο5·、-1。本发明所使用的原料均为无机盐，制备过程不会产生毒害气体。所制备的纳米颗粒形貌为球形，尺度均一可控，为六方相NaYF4。该材料具有良好的上转换荧光发射和T1-MRI加权性能，有望在未来肿瘤多模式早期成像中具有良好的应用前景。
权利要求
1.一种具有双重作用的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒至少包括内核和外壳两层，其中所述内核为NaYF4 Er/Yb/Gd或NaYF4 Er/%，所述外壳为 NaGdF40
2.根据权利要求1所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒还包括中间层，所述中间层为NaYF4 Tm/Yb。
3.根据权利要求1所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述外壳NaGdF4的平均厚度为0. 2 4 nm。
4.根据权利要求3所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述外壳NaGdF4的平均厚度为0. 2 3. 7 nm。
5.根据权利要求4所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述外壳NaGdF4的平均厚度为0. 2 2. O nm。
6.根据权利要求1所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒的纵向弛豫率为1. 18 6. lSmT、-1。
7.根据权利要求6所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒的纵向弛豫率为2. 18^6. lSmT、-1。
8.根据权利要求7所述的NaYF4基荧光纳米颗粒，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒的纵向弛豫率为5. 46 6. ISmM^1S-10
9.一种制备权利要求1所述的具有双重作用的NaYF4基荧光纳米颗粒的方法，其特征在于，包括将所述内核包含的稀土离子的氯化物、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、并分散在环己烷中作为内核的内核制备步骤；以及将所述外壳包含的稀土离子的氯化物、所要包覆的内核的环己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、并分散在环己烷的外壳制备步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述内核制备步骤包括将所述内核包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升温去除甲醇；以及在290 300°C热分解1.5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗， 离心收集，并将所得产物分散在环己烷中。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述外壳制备步骤包括将所述外壳包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加所要包覆的内核的环己烷溶液，而后升温去除环己烷；加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升温去除甲醇；以及在290 300°C热分解1.5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗， 离心收集，所得产物分散在环己烷中。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述NaYF4基荧光纳米颗粒还包括中间层，所述中间层为NaYF4:TmAb，所述方法还包括将所述中间层包含的稀土离子的氯化物、所要包覆的内核的环己烷溶液、NaOH和NH4F在油酸和十八烯混合液中高温热分解，而后清洗、分散在环己烷的中间层制备。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述中间层制备步骤包括 将所述中间层包含的稀土离子的氯化物水溶液加至油酸和十八烯混合液中，去除空气和水分，在160°C左右进行保温60分钟；加所要包覆的内核的环己烷溶液，而后升温去除环己烷； 加分散有NaOH和NH4F的甲醇溶液，而后升温去除甲醇；以及在290 300°C热分解1.5小时后，冷却、依次用无水乙醇、环己烷、酒精进行超声清洗， 离心收集，所得产物分散在环己烷中。
全文摘要
本发明涉及具有双重作用的NaYF4基荧光纳米颗粒及其制备方法。本发明的NaYF4基荧光纳米颗粒至少包括内核和外壳，其中所述内核为NaYF4:Er/Yb/Gd或NaYF4:Er/Yb，所述外壳为NaGdF4。本发明通过在不同层引入不同的发光离子对，实现单一荧光颗粒的单一激发多色发光的功能，并且兼具磁共振成像；同时，通过引入包裹层减少颗粒的表面缺陷，提高了颗粒的荧光强度。
文档编号A61K49/00GK102391874SQ20111028160
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者施剑林, 步文博, 陈风 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所