本發(fā)明涉及發(fā)光材料領(lǐng)域，具體是一種gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法。

背景技術(shù)：

上轉(zhuǎn)換納米材料是一類(lèi)可以將紅外光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的發(fā)光材料，由于其在光通信、高密度光存儲(chǔ)、照明與顯示、小型固體激光器、紅外量子計(jì)算探測(cè)器、防偽技術(shù)等方面有著巨大的潛在應(yīng)用前景而受到廣泛的關(guān)注。在眾多的上轉(zhuǎn)換納米材料中，稀土氟化物納米材料由于具有小的折射率和低的聲子能，導(dǎo)致非輻射衰退的可能性降低，以及高的化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)較低的結(jié)晶溫度等優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為是最好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)材料之一。與傳統(tǒng)的有機(jī)染料和半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，稀土氟化物上轉(zhuǎn)換gdf3納米晶擁有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：如生物毒性低、熱化學(xué)性能穩(wěn)定、熒光壽命長(zhǎng)、發(fā)射峰窄，另外因使用近紅外光激發(fā)而具有組織穿透能力深，對(duì)生物組織無(wú)損傷、近乎零背景熒光干擾、成像靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在癌癥及其它重大疾病的診斷與治療方面具有極大的臨床應(yīng)用價(jià)值。

在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的摻雜元素中，er³⁺是一種重要的也是研究最多的激活離子，由于其不僅具有壽命較長(zhǎng)的中間態(tài)能級(jí)，可以連續(xù)吸收兩個(gè)或者多個(gè)光子實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，而且具有豐富的4f能級(jí)結(jié)構(gòu)，發(fā)光波長(zhǎng)可以是可見(jiàn)區(qū)的綠光或者紅光。由于er³⁺離子對(duì)常用的紅外激光波長(zhǎng)（980nm）的吸收截面小，所以常常共摻雜具有較大吸收截面的yb³⁺作為敏化劑以提高效率。yb³⁺只具有一個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)非常適合作為共摻離子，并且非常適于980nm的二極管激光器進(jìn)行激發(fā)，并且相對(duì)于其他具有相似的激發(fā)態(tài)能級(jí)的稀土離子來(lái)說(shuō)，yb³⁺具有的更大的吸收截面使其上轉(zhuǎn)換與能量傳遞的過(guò)程更有效。

巰基丙酸（mpa）是一種重要的醫(yī)藥、化工生產(chǎn)原料，在交聯(lián)劑、硬化劑、樹(shù)脂添加劑、抗氧化劑、藥物生產(chǎn)中起到重要的作用。利用巰基丙酸修飾無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)表面，可以有效地改善量子點(diǎn)的溶液穩(wěn)定性，提高其水溶性。將巰基丙酸修飾到納米材料表面，一端連接于納米粒子表面，另一端連接其它生物活性官能基團(tuán)，進(jìn)而起到柔性連接臂的作用。巰基丙酸制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，能耗小，基本沒(méi)有環(huán)境污染。但迄今為止，將巰基丙酸用于上轉(zhuǎn)換gdf3納米粒子修飾的研究與應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。

目前，制備稀土摻雜的氟化物粉體有許多方法，如水熱法、高溫固相法、共沉淀法等。其中，水熱法是一種應(yīng)用最廣也是最為重要的方法，它主要以水溶液作為反應(yīng)體系，通過(guò)在高壓反應(yīng)釜中加熱到臨界溫度從而產(chǎn)生一個(gè)高溫高壓環(huán)境，增強(qiáng)固體試劑的溶解能力以及部分離子活度，加速固相與液相反應(yīng)過(guò)程的一種相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)制備方法。水熱法因具有反應(yīng)溫度低，易于調(diào)控，無(wú)需氣氛保護(hù)，產(chǎn)物顆粒均勻、分散性好、結(jié)晶良好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、適合于大規(guī)模生產(chǎn)、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)而備受研究者的青睞。但是到目前為止還未有將水熱法應(yīng)用于巰基丙酸修飾gdf3:yb³⁺,er³⁺生產(chǎn)的研究與應(yīng)用。此外，研究表明，絕大多數(shù)制備的納米粒子均需進(jìn)行表面改性方可實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。但制備后再進(jìn)行巰基丙酸的表面修飾過(guò)程進(jìn)一步增加了操作的困難和復(fù)雜性、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，探尋一種應(yīng)用巰基丙酸進(jìn)行表面修飾與制備同時(shí)進(jìn)行一步合成的水熱法，成為將gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料推廣應(yīng)用于多領(lǐng)域，特別是生物成像、熒光標(biāo)記等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換納米粒子制備和表面修飾兩步法操作復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題，所提出的一種巰基丙酸修飾的gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法，以實(shí)現(xiàn)一步完成納米粒子的制備和巰基丙酸表面修飾兩個(gè)過(guò)程。

本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案。

一種gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法，包括以下步驟：

a.將無(wú)水乙醇、去離子水和巰基丙酸溶液混合，磁力攪拌10-30分鐘；

b.分別稱(chēng)取gd(no3)3·6h2o、yb(no3)3·5h2o粉末于步驟a配置的混合溶液中，磁力攪拌下加入er(no3)3·5h2o溶液于上述混合溶液中，磁力攪拌約10-30分鐘至完全溶解；

c.稱(chēng)取nh4f固體加入步驟b得到的混合溶液中，繼續(xù)磁力攪拌約10-30分鐘得到白色懸濁液；

d.將步驟c制備的白色懸濁液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱高壓反應(yīng)釜中，在140-240℃下持續(xù)加熱10-12小時(shí)；

e.待聚四氟乙烯高壓水熱反應(yīng)釜冷卻至室溫，2000-3000rpm離心2-3分鐘，分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌沉淀，最后將沉淀溶解于去離子水中；

f.將步驟e所得溶液2000-3000rpm離心2-3分鐘，得白色沉淀進(jìn)行烘干，干燥后的白色固體粉末即為gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子。

所述步驟a中巰基丙酸與釓離子的物質(zhì)的量之比為70:1-75:1。

所述步驟b中釓離子、鐿離子和鉺離子的物質(zhì)的量之比為75:20:5-79:20:1。

所述步驟c中氟化胺與總稀土離子的物質(zhì)的量之比為4:1-6:1。

本發(fā)明獲得了如下有益效果。

本發(fā)明采用巰基丙酸作為表面修飾劑，巰基丙酸通過(guò)巰基與鑭系離子之間形成的化學(xué)鍵連接于納米粒子表面，不僅提高了gdf3:yb³⁺,er³⁺上轉(zhuǎn)換納米粒子表面修飾材料的可選擇性，而且在納米粒子表面提供了生物活性官能團(tuán)，為進(jìn)一步耦合生物活性分子提供了表面羧基。另外，本發(fā)明應(yīng)用水熱法一步合成，使上轉(zhuǎn)換納米粒子的合成與表面修飾兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行一步完成。此發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單、工藝流程短、成本較為低廉等優(yōu)點(diǎn)，在細(xì)胞多模態(tài)成像、癌癥及其它重大疾病的診斷與治療方面具有廣泛的臨床應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子透射電鏡照片；

圖2是巰基丙酸與本發(fā)明實(shí)施例1制備的巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子紅外光譜對(duì)比圖；

圖3是在980nm激光照射下，本發(fā)明實(shí)施例1制備的巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖；

圖4是在980nm近紅外光激發(fā)下，本發(fā)明實(shí)施例2制備的巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,2%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料一步水熱合成法，包括以下步驟：

a.將30ml無(wú)水乙醇、8ml去離子水和2.53ml巰基丙酸溶液加入到50ml的燒杯中，磁力攪拌20分鐘，使其充分混勻；

b.分別稱(chēng)取178.24mg(0.395mmol)gd(no3)3·6h2o、44.91mg(0.1mmol)yb(no3)3·5h2o粉末于步驟a配置的混合溶液中，磁力攪拌下加入0.22ml事先制備好的濃度為10mg/ml的(0.005mmol)er(no3)3·5h2o溶液于上述混合溶液中，磁力攪拌約20分鐘至完全溶解；

c.稱(chēng)取111mgnh4f固體加入步驟b的混合溶液中，繼續(xù)磁力攪拌約20分鐘得到混合溶液；

d.將步驟c制備的白色懸濁液轉(zhuǎn)移至50ml的聚四氟乙烯水熱高壓反應(yīng)釜中，在160℃下持續(xù)加熱10小時(shí)；

e.待聚四氟乙烯高壓水熱反應(yīng)釜冷卻至室溫后，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至50ml離心管中，以3000rpm離心2分鐘，棄掉離心管的上層清液，分別用3ml去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌4次，最后將沉淀溶解于3ml去離子水中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

f.將步驟e中的溶液在離心機(jī)上以3000rpm離心2分鐘，得到白色沉淀，吸去上清液，放入60℃的烘箱中，24小時(shí)后得到的干燥的白色固體粉末即為gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子。

本實(shí)施例制備得到的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺的tem照片如圖1所示，納米粒子呈近似球形，直徑約40nm，粒子間彼此呈粘連狀。圖2為巰基丙酸與巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺紅外光譜圖，通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)巰基丙酸位于2667cm^-1處的sh鍵伸縮振動(dòng)峰消失，這是由于巰基丙酸分子中的巰基與鑭系離子形成新的化學(xué)鍵所導(dǎo)致，從而證實(shí)巰基丙酸已經(jīng)成功修飾于gdf3納米粒子表面。在980nm近紅外激發(fā)下，gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺的上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖如圖3所示，在447-508nm、508-587nm以及640-682nm處存在三個(gè)上轉(zhuǎn)換熒光峰，分別為藍(lán)色、綠色和紅色發(fā)射帶，對(duì)應(yīng)于er離子⁴f7/2—⁴i15/2、²h11/2，⁴s3/2—⁴i15/2、⁴f9/2—⁴i15/2的能級(jí)躍遷，其中綠色發(fā)射峰強(qiáng)度最強(qiáng)，而紅色發(fā)射峰最弱，綠色發(fā)射峰約為藍(lán)色發(fā)射峰的2倍，為紅色發(fā)射峰的10倍左右。

實(shí)施例2

一種巰基丙酸修飾的gdf3:20%yb³⁺,2%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的一步水熱合成法，包括以下步驟：

a.將30ml無(wú)水乙醇、8ml去離子水和2.53ml巰基丙酸溶液加入到50ml的燒杯中，磁力攪拌20分鐘，使其充分混勻；

b.分別稱(chēng)取162.45mg(0.39mmol)gd(no3)3·6h2o、44.91mg(0.1mmol)yb(no3)3·5h2o粉末于步驟a配置的混合溶液中，磁力攪拌下加入0.44ml事先制備好的濃度為10mg/ml的(0.005mmol)er(no3)3·5h2o溶液于上述混合溶液中，磁力攪拌約20分鐘至完全溶解；

c.稱(chēng)取111mgnh4f固體加入步驟b的混合溶液中，繼續(xù)磁力攪拌約20分鐘得到混合溶液；

d.將步驟c制備的白色懸濁液轉(zhuǎn)移至50ml的聚四氟乙烯水熱高壓反應(yīng)釜中，在160℃下持續(xù)加熱10小時(shí)；

e.待聚四氟乙烯高壓水熱反應(yīng)釜冷卻至室溫后，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至50ml離心管中，以3000rpm離心2分鐘，棄掉離心管的上層清液，分別用3ml去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌4次，最后將沉淀溶解于3ml去離子水中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

f.將步驟e中的溶液在離心機(jī)上以3000rpm離心2分鐘，得到白色沉淀，吸去上清液，放入60℃的烘箱中，24小時(shí)后得到的干燥的白色固體粉末即為gdf3:20%yb³⁺,2%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子。

本實(shí)施例制備得到的gdf3:20%yb³⁺,2%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子在980nm激發(fā)下得到的上轉(zhuǎn)換熒光圖如圖4所示，圖中在407-476nm、477-512nm、513-588nm處存在三個(gè)上轉(zhuǎn)換熒光峰，前兩個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于藍(lán)色發(fā)射帶，最后一個(gè)為綠色發(fā)射帶。通過(guò)與圖3的gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光圖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)er離子摻雜濃度由實(shí)施例1的1%增加到實(shí)施例2的2%時(shí)，藍(lán)光強(qiáng)度明顯增加，綠光強(qiáng)度相對(duì)減弱，紅色熒光峰消失。以上結(jié)果說(shuō)明，采用一步水熱法合成的gdf3:yb³⁺,er³⁺，當(dāng)稀土離子gd³⁺、er³⁺、yb³⁺的物質(zhì)的量之比為79:20:1時(shí)，gdf3:20%yb³⁺,1%er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子具有較好的發(fā)光性能，能夠滿(mǎn)足癌癥影像學(xué)診斷及抗癌藥物靶向遞送的臨床要求。