一种核磁-荧光双模态纳米探针的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核磁-荧光双模态纳米探针的制备方法。该方法包括步骤：1)将稀土氧化物与氧化钆粉末按适当摩尔比例配比称量后充分搅拌均匀后，经造粒、过筛和压片得到圆柱状初样；2)采用高温固相烧结技术，将初样放入烧结炉中高温烧结得到稀土掺杂氧化钆陶瓷靶材；3)采用液相激光烧蚀法，在纯水环境下利用微秒激光烧蚀稀土掺杂氧化钆陶瓷靶材，获得纳米颗粒胶体溶液；4)将上述纳米颗粒胶体溶液室温环境下静置24h，收集上层清液，将其冷冻干燥至粉末状，即获得稀土掺杂氧化钆纳米颗粒。本发明专利技术未使用任何化学药品，温和条件下制备高纯的核磁-荧光双模态纳米探针，制造方法简单，制备过程绿色环保，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种利用液相激光烧蚀法制备核磁-荧光双模态稀土掺杂氧化钆纳米颗粒以及在生物医学成像领域的应用，属于纳米材料与生物医学工程

技术介绍
生物医学影像技术使疾病诊断实现图像化，让人们可以全面、深入的了解体内发生的生理和病理过程，特别是它可以为癌症的早期诊断提供必要的依据。单模态成像技术存在一定的局限性，例如:核磁共振成像的空间分辨率和成像深度很高，但其灵敏度很低；光学荧光成像技术的灵敏度很高，但其空间分辨率不够。这些使得从单模态成像技术很难获得足够的病灶部位信息，且每种成像技术的检测结果相对孤立，数据难以进行对比分析，因此得不到精确的检测报告。双模态或者多模态成像技术能够结合各单模态技术的优点，使诊断结果更加精确可靠。其中，核磁-荧光双模态成像技术既能提供高的组织空间分辨率，又具有高的灵敏度，是一种非常理想的成像手段。实现双模态成像，需要引入高效、安全的双模态造影剂。因此，掌握高效双模态造影剂制备的核心技术，在将来影像医学和疾病诊断的发展中占据至关重要的地位。目前，商用核磁共振造影剂Gd-DTPA的弛豫率低，使其造影效果难以提高。研宄表明，氧化钆纳米颗粒具有比Gd-DTPA更高的弛豫率，能获得更好的组织造影效果，因而在核磁共振成像领域具有潜在的应用前景。同时，氧化钆声子能量低，热稳定性和化学稳定性好，允许高浓度稀土离子掺杂，是一种很好的稀土掺杂基质材料。稀土掺杂发光材料具有比传统的荧光染料和量子点更优异荧光特性，被认为是理想的荧光生物探针材料。因此，稀土掺杂氧化钆纳米颗粒是非常理想的双模态造影材料，具有广阔的应用前景。生物医学应用要求纳米材料尺寸必须足够小(< 1nm)，以求在合理的时间从体内代谢出来。传统方法制备氧化钆基纳米材料，往往先采用湿化学方法制备氧化钆，所制备的产品往往存在副产物或化学残留，给生物体带来额外的毒性影响。另外，湿化学方法需经过长时间的高温(> 600°C )处理得到氧化礼基纳米材料，所制备的氧化礼基纳米材料在尺寸上往往比较大，无法满足临床医学应用的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种利用液相激光烧蚀技术制备具有磁学和光学双功能的纳米探针的方法，该方法所需设备简单，制备工艺简便，无需使用任何化学药品，工作条件温和；所制备的纳米探针尺寸小，具有优异顺磁性质和荧光特性，可用于体外细胞水平的荧光分析和检测以及体内核磁造影成像，同时还具有良好的生物相容性。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的，采用液相激光烧蚀技术，由以下步骤实现:I)将稀土氧化物与氧化钆粉末按适当摩尔比例配比称量后充分搅拌均匀后，经造粒、过筛和压片得到圆柱状初样；2)采用高温固相烧结技术，将初样放入烧结炉中高温烧结得到稀土掺杂氧化钆陶瓷革巴材;3)采用液相激光烧蚀法，在纯水环境下利用微秒激光烧蚀稀土掺杂氧化钆陶瓷靶材，获得纳米颗粒胶体溶液；4)将上述纳米颗粒胶体溶液室温环境下静置24h，收集上层清液，将其冷冻干燥至粉末状，即获得稀土掺杂的氧化钆纳米颗粒。本专利技术的制备方法，所述步骤I)中，稀土氧化物(Ln2O3)为Eu2O3, Tb2O3, Tm2O3, Dy203, Er2O3, Ho2O3和Yb 203中的任一种或两者以上的混合物，Gd 203:Ln2O3比例为99.5:0.5?80:20。本专利技术的制备方法，所述步骤2)中，烧结温度为1400?1700°C，烧结时间为8h。本专利技术的制备方法，所述步骤3)中，采用的是微秒脉冲激光，液相环境为纯水，工作条件为常温常压。本专利技术的制备方法，采用70-80mJ微秒脉冲激光烧蚀靶材15_30min，获得纳米颗粒胶体溶液。本专利技术的制备方法，其所制备的纳米探针应用于体内的核磁共振成像、体外的细胞荧光成像、体外细胞毒性分析、药代动力学分析以及体内免疫毒性分析。借由上述技术方案，本专利技术具有的优点和有益效果如下:I)本专利技术将顺磁与荧光特性相结合的纳米探针以及制备方法，无需使用任何化学药品，在纯水中制备稀土掺杂氧化钆纳米颗粒，产物纯净，可避免化学残留引起的生物毒性。2)本方法制备的稀土掺杂氧化钆纳米颗粒具有优异顺磁特性、较强的荧光性能以及良好的生物相容性，并作为双模态探针成功地应用于体内核磁共振成像和体外活细胞荧光成像。本专利技术的设备简单、操作简便、绿色环保、无污染，易于实现，可产业化。3)本专利技术的制备方法得到的稀土掺杂氧化钆纳米颗粒尺寸小，有利于纳米颗粒的代谢；结晶度好，使钆难从晶格中泄露，从而提高其安全性；纵向弛豫率高，可获得良好的体内造影效果；荧光性能优异可用于体外细胞以及亚细胞水平荧光成像和标记。【附图说明】为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图对本专利技术作进一步的说明，其中:图1是本专利技术中液相激光烧蚀技术的装置示意图；图2是本专利技术实施例3中Eu3+掺杂氧化钆纳米探针的TEM图(a)和粒径分布统计(b)；图3是本专利技术实施例1-6中稀土掺杂氧化钆纳米探针的光学性质:(a)下转换荧光数码照片与荧光光谱(紫外光激发)；(b)上转换荧光荧光数码照片与荧光光谱(980nm激发)；图4 (a)-4⑴分别是本专利技术实施例1_3中稀土掺杂氧化钆纳米探针的体外细胞荧光成像图；图5 (a) -5 (b)分别是本专利技术实施例3中Eu3+掺杂氧化钆纳米探针的体外MR图像和纵向弛豫率；图6 (a) -6 (g)分别是本专利技术实施例3中小鼠尾静脉注射Eu3+稀土掺杂氧化钆纳米探针后不同时间的核磁共振成像图。【具体实施方式】下面对本专利技术的实施例作详细的说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，并且给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术是采用液相激光烧蚀技术，在纯水中制备出具有顺磁和荧光特性的纳米颗粒。所制备的稀土掺杂氧化钆纳米颗粒通过以下表征予以验证:I)稀土掺杂氧化钆纳米颗粒的制备与形貌表征采用液相激光烧蚀法成功的制备稀土掺杂氧化钆纳米颗粒，其制备工艺装置示意图如图1所示。该制备过程仅需要用到激光器1、液体容器3、靶材5和纯水4。脉冲激光I经透镜2聚焦后，穿过纯水4作用在靶材表面，会在靶材-纯水界面产生一个激光诱导的等离子体羽。然后，这个等离子体羽吸收脉冲激光I的能量后，迅速发生膨胀。但是，由于等离子体羽被纯水4束缚，会迅速发生淬灭，纳米颗粒6的形核与生长就发生在这一阶段。然而，由于脉冲时间很短，所以等离子体羽发生淬灭的时间非常短暂，这使得生长的纳米颗粒的尺寸就很小。如图2所示，利用TEM表征稀土掺杂氧化钆纳米颗粒的物理形貌，表明了制备的稀土掺杂氧化钆纳米颗粒具有较好的分散性，通过粒径分布统计表明，纳米颗粒平均粒径小(< 10纳米)，有利于纳米颗粒从人体代谢出来。2)稀土掺杂氧化礼纳米颗粒的光学性能表征如图3所示，利用稳态荧光光谱仪和980nm激光器表征稀土掺杂氧化钆纳米颗粒的光学性能表征。图3(a)表明，在紫外光激发下(分别是313、380和275nm)，Tm3+、Tb3lPEu3+掺杂下转换纳米颗粒分别发出明亮的可见荧光。图3(b)表明，在近红外(980nm)光照下，Yb37Tm3+、Yb3+/H03+和Yb 3+/Er3+共掺杂上转换纳米颗粒分别发出明亮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核磁‑荧光双模态纳米探针的制备方法，其特征在于：采用液相激光烧蚀技术，在纯水中制备出具有顺磁和荧光特性的纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弟虎，陈菲，刘军，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44