本发明专利技术属于纳米生物材料技术领域，具体为一种800nm近红外激发、1525nm短波红外发射荧光纳米材料及其合成方法。本发明专利技术的荧光纳米材料是一种一核、三壳层的核壳结构纳米晶体材料，由成核中心、短波红外发光层、能量传递层和能量吸收层四个部分组成；成核中心提供另外三层生长的晶核，并限制纳米晶体的粒径；短波红外发光层吸收特定波长的激发光，发射出短波红外光；能量传递层传递能量吸收层与短波红外发光层之间的能量；能量吸收层吸收能量，并将其转移到能量传递层。该三层结构的设计，使得其激发光从980nm拓展到了800nm左右，实现了Nd3+→Yb3+→Er3+的能量传递过程。由于同时受益于理想的激发和发射波长，该材料可用于深组织活体成像。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于纳米生物材料
，具体为一种800nm近红外激发、1525nm短波红外发射荧光纳米材料及其合成方法。本专利技术的荧光纳米材料是一种一核、三壳层的核壳结构纳米晶体材料，由成核中心、短波红外发光层、能量传递层和能量吸收层四个部分组成；成核中心提供另外三层生长的晶核，并限制纳米晶体的粒径；短波红外发光层吸收特定波长的激发光，发射出短波红外光；能量传递层传递能量吸收层与短波红外发光层之间的能量；能量吸收层吸收能量，并将其转移到能量传递层。该三层结构的设计，使得其激发光从980nm拓展到了800nm左右，实现了Nd3+→Yb3+→Er3+的能量传递过程。由于同时受益于理想的激发和发射波长，该材料可用于深组织活体成像。【专利说明】
本专利技术属于纳米生物材料
,具体涉及一种。
技术介绍
近十年以来，生物成像因其在疾病的早期诊断和治疗方面的突出表现而受到科学研究者的广泛关注。在现有的生物成像技术中，包括CT、PET、MRI等在内的断层成像已经得到了广泛应用，因为这些断层层析成像不受穿透深度的限制。但是，断层成像存在一些不可避免的缺点，如空间分辨率有限，无法实时观察等(因为其拍照时间很长，往往需要几分钟到几十分钟获取一张照片)。相比之下，基于光致发光原理的光学生物成像具有高反馈速率、高灵敏度和高分辨率的优点。但光学生物成像的穿透深度往往较低，例如，可见光(400-750 nm)的穿透深度为约I mm，被命名为“生物透明窗口”的近红外第一窗口(750-900nm)，其穿透深度也仅为数毫米；限制其穿透的原因主要来自于生物组织对该范围的光子的吸收和散射。因此，为实现高精确度和灵敏度的光学生物成像，开发一种既具有高的空间分辨率和反馈速率，又具备很深的穿透深度的生物成像技术已经成为了生物成像领域进一步发展的当务之急。 最近，有理论模拟预计，位于第二 “光学透明窗口 ”的短波红外光(1000-2300 nm)相比于近红外第一窗口有更小的生物组织自体荧光，而且，生物组织在这个波段的光学散射要比近红外第一窗口小近1000倍。因此，短波红外光有可能具有近红外第一窗口无法比拟的组织穿透深度与成像分辨率。到目前为止，已经有数种材料被证明可以产生短波红外荧光，例如短波红外量子点和单壁碳纳米管。但是，短波红外量子点往往含有剧毒元素，例如镉、铅、汞等，这些剧毒元素阻碍了短波红外量子点进一步的生物应用。而最近报道的短波红外Ag2S量子点虽然毒性较小，但是该量子点长时间暴露于空气或光照下会发生严重的淬灭现象。近期关于单壁碳纳米管应用于短波红外生物成像的报道已有不少，但是在其广泛应用前，仍有一些不可忽视的缺陷，例如单壁碳纳米管的最佳激发波长在近红外-短波红外窗口之外以及其长度分布过宽(约数百纳米)等。因此，在短波红外生物成像领域，研究者迫切地希望寻找一种合适的材料来替代之前报道的短波红外探针。 稀土离子具有非常丰富的光谱学特性，这一特点使得他们具备很宽的发射光谱，而这恰恰是单壁碳纳米管所无法实现的。与之前报道的短波红外有机染料和短波红外量子点相比，稀土发光材料具有很大的优势，包括较高的发光效率、较小的光漂白、较长的荧光寿命以及较低的长期毒性等。截止目前为止，Sm3+、Dy3+、Ho3+、Pr3+、Yb3+、Nd3+、Er3+和Tm3+基的化合物和纳米材料已被报道并开发成1000-1600 nm波段的短波红外探针。但是，对这类材料来说，其最大吸收波长通常在紫外光区或是位于488，514，532 nm的可见光区，很显然，这些短波红外探针的穿透深度一般不深，因为其大部分激发光都被生物组织吸收或散射了。尽管基于Yb3+的稀土探针可以用980 nm处的近红外光激发，并应用于短波红外成像，但是有研究表明，生物组织中的水将极大地减弱980 nm附近的光，并将其光能转化为热能，进一步对周围细胞或组织产生损伤。因此，对稀土短波红外探针来说，激发光波长的优化至关重要。近期研究者发现生物组织发现800?900 nm与被检物相互影响最小，因此80(T900 nm附近的激发光是人们最佳的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单、可用于深组织活体成像的。 本专利技术提供的800 nm近红外激发、1525 nm短波红外发射突光纳米材料,是一种由一核、三层壳(O壳1、O壳2、O壳3)组成的核壳结构纳米晶体材料,具体由成核中心、短波红外发光层(壳I)、能量传递层(壳2)和能量吸收层(壳3)四个部分组成；其中，成核中心用于提供另外三层生长的晶核，并限制纳米晶体的粒径；短波红外发光层用于吸收特定波长的激发光，发射出短波红外光；能量传递层用于传递能量吸收层与短波红外发光层之间的能量同时起到隔离能量吸收层与短波红外发光层的作用，从而防止能量淬灭；能量吸收层用于吸收能量，并将其转移到能量传递层。本专利技术提供的800 nm近红外激发、1525 nm短波红外发射荧光纳米材料，将为以后基于结构设计调控荧光激发和发射位置提供一种全新的思路，从而为其在各种领域的应用提供一个有力的工具和平台。 本专利技术中，所述成核中心是一个单一组成、单一晶相的超小稀土纳米晶体；其组成为氟化物、氧化物、硫氧化物或卤化物；氟化物为:CaF2、BaF2、LaF3> YF3>ZnF2、NaYF4、NaYbF4、LiYF4,KYF4,NaGdF4 或 NaLuF4 ;氧化物为:La2O3、Y2O3、Yb2O3、Gd2O3 或 Lu2O3 ;硫氧化物为 Y202S、CaS2或La2S3 化物为Cs3Lu2Br9 ;通过一定的条件控制，上述材料能够长成晶相单一(四方相或六方相)的超小纳米晶体(约5 nm);在该成核中心的基础上，短波红外发光层、能量传递层和能量吸收层能实现可控地生长。 本专利技术中，所述的短波红外发光层包括基质和发光中心；其中，基质材料为:氟化物、氧化物、硫氧化物或卤化物；氟化物为:CaF2、BaF2、LaF3> YF3> ZnF2, NaYF4^NaYbF4, LiYF4,KYF4^NaGdF4 或 NaLuF4 ;氧化物为:La2O3、Y2O3、Yb2O3、Gd2O3 或 Lu2O3 ;硫氧化物为 Y2O2SXaS2 或La2S3 ；卤化物为 Cs3Lu2Br9 ;发光中心为 Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+中的一种或者几种；发光中心的摩尔含量为0.01%?50% ;该短波红外发光层能在一定波长的激发下，发射出相对应的下转换荧光。例如980 nm激发下，可以发射出1525 nm的短波红外光。 本专利技术中，所述能量传递层包括基质和能量迁移中心两部分；其中，基质材料为:氟化物、氧化物、硫氧化物或卤化物；氟化物为:CaF2、BaF2, LaF3> YF3> ZnF2, NaYF4, NaYbF4,LiYF4,KYF4,NaGdF4 或 NaLuF4 ;氧化物为:La2O3、Y2O3、Yb2O3、Gd2O3 或 Lu2O3 ;硫氧化物为 Y202S、CaS2或La2S3 化物为Cs3Lu2Br9 ;能量迁移中心为Nd3+本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种800 nm近红外激发、1525 nm短波红外发射荧光纳米材料，其特征在于是一种一核、三壳层的核壳结构纳米晶体材料，由成核中心、短波红外发光层、能量传递层和能量吸收层四个部分组成；其中，成核中心用于提供另外三层生长的晶核，并限制纳米晶体的粒径；短波红外发光层用于吸收特定波长的激发光，发射出短波红外光；能量传递层用于传递能量吸收层与短波红外发光层之间的能量同时起到隔离能量吸收层与短波红外发光层的作用，从而防止能量淬灭；能量吸收层用于吸收能量，并将其转移到能量传递层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，王睿，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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