本发明专利技术涉及一种石墨烯‑稀土上转换复合纳米微球的制备方法及其应用，属于纳米载药材料技术领域。其首先制备组氨酸功能化石墨烯量子点，然后制备石墨烯量子点‑稀土氟化物上转换复合物；对药物进行装载，最后与光热剂金纳米颗粒复合，制得石墨烯‑稀土上转换复合纳米微球。本发明专利技术利用组氨酸与稀土离子强的配位能力，实现了对稀土UCNP尺寸和形貌的有效调控；利用纳米石墨烯吸收红外光能力强及能与稀土UCNP间进行高效的能量转移，提高了稀土UCNP材料的上转换发光效率；利用纳米金对上转换发光中可见光部分的吸收产生热，实现药物的光控释放。
Preparation and application of graphene rare earth up conversion composite nanospheres
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法及其应用，属于纳米载药材料
技术介绍
镧系元素掺杂的上转换纳米粒子（UCNP）能够将近红外激发光转换为波长更短的可见光或紫外光发射。镧系元素掺杂的UCNP具有背景荧光小、光稳定性好、反斯托克斯位移大和可忽略的生物毒性，已显示出在生物医学及相关领域应用的巨大优势。然而，镧系掺杂的UCNP受到在水介质中稳定性差、功能修饰困难和上转换发光效率不高的限制。目前，广泛采用的溶剂热法所制备的镧系元素UCNP是油溶性材料，通常需要经过“脱去羧基”、“亲水性材料包覆”和“功能修饰”等环节才能用于生物医学领域的研究。材料制备过程复杂，难以规模化生产，而且载药能力十分有限，直接影响到治疗效果。由于光子上转换过程是通过辐射跃迁方式实现的，这些跃迁总是需要很长的辐射寿命，而大多数输入的能量将通过更快的非辐射衰变途径消失。为克服以上不足，研究人员对镧系元素掺杂UCNP材料制备、改性与应用进行了大量基础性研究，并取得一些突破性进展，但提高镧系元素掺杂UCNP材料的上转换发光效率和在水介质中的稳定性和载药能力仍面临极大地担战。目前，石墨烯功能化方法主要是将石墨烯与功能材料进行简单物理混合而成。石墨烯与功能材料之间并未实现深度的融合，因此不同材料间的协同效应难以得到充分体现。为了解决以上问题，尝试一种将石墨烯和稀土材料通过共价键结合的新功能化途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述不足之处，提供一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法。本专利技术设计合成组氨酸和十八胺共功能化纳米石墨烯，建立一种石墨烯-稀土凝胶纳米微球的制备方法，将其作为抗癌药物载体应用于肿瘤靶向治疗。石墨烯的功能化是实现其广泛应用的重要前堤和基础性工作。作为本专利技术的一个目的，一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法，首先制备组氨酸功能化石墨烯量子点，然后制备石墨烯量子点-稀土氟化物上转换复合物；对药物进行装载，最后与光热剂金纳米颗粒复合，制得石墨烯-稀土上转换复合纳米微球。进一步地，步骤如下：（1）制备组氨酸功能化石墨烯量子点：将柠檬酸、组氨酸叶酸和十八胺混合物按照摩尔比1:0.5-1.5:0.001-0.01:0.001-0.01在150-220℃下水热反应1-10h，制得组氨酸功能化石墨烯量子点；（2）制备石墨烯-稀土凝胶纳米微球：a、采用Y或Gd作为基质，采用Yb或Nd作为敏化剂，采用Er、Tm或Ho作为激活剂进行反应；其中基质：敏化剂的摩尔比为1：2~4；敏化剂：激活剂的摩尔比为1:3~5；首先将上述稀土混合物溶解于超纯水中，随后滴加His/FA/OA-NG的水溶液进行反应，洗涤后得到石墨烯-稀土配合物；所述稀土混合物：His-OA-NG的质量比为1：3-10；b、将石墨烯-稀土配合物分散在超纯水中，加入NaF水溶液，使得稀土元素：F离子摩尔比为1：4；继续搅拌50-70min，然后转移到压力反应器中，在150-250℃下加热反应3-24h，冷却至室温，过滤，收集上清液；c、对步骤b所得上清液以10000-30000rpm离心10-60min；将收集到的沉淀物水洗涤1-10次，得到石墨烯-稀土凝胶纳米微球固体样品，然后重新分散在超纯水中形成1.8-2.2mgmL-1溶液，并储存在4℃的冰箱中备用；（3）装载药物：将1mg.mL-1多柔比星DOX溶液加入到步骤（3）所得的石墨烯-稀土凝胶纳米微球中，其中石墨烯-稀土凝胶纳米微球：DOX溶液的质量比为1：1-10；室温搅拌过夜，离心、缓冲溶液洗涤，以除去过量的非特异性结合的DOX，得到的复合物再分散于缓冲溶液中；（4）与光热剂金纳米颗粒复合：a、将12μL的80％四羟甲基氯化鏻THPC和0.25mL的2molL-1NaOH加入到45mL水中；将混合物剧烈搅拌5分钟，然后快速注入2.0mL质量浓度为1％的HAuCl4，观察到颜色立即变为深棕色，将该溶液储存在遮光的容器中搅拌过夜，得到备用的金纳米粒子溶液；b、将金纳米粒子溶液与装载DOX的石墨烯-稀土凝胶纳米微球在缓冲溶液中混合，其金纳米粒子溶液：石墨烯-稀土凝胶纳米微球的质量比为1：2-10；在36-38℃下反应75-85min，离心分离，得到石墨烯-稀土凝胶纳米微球复合物固体；c、将得到的石墨烯-稀土凝胶纳米微球复合物固体重新分散在200μL含有5mmolL-1MgCl2和50mmolL-1NaCl的缓冲溶液中，即得到石墨烯-稀土上转换复合纳米微球。（5）包裹入癌细胞膜中从癌细胞中获得所需癌细胞膜作为外壳。将癌细胞在0-10℃下用高渗透Tris缓冲液（pH=7.4）进行处理，用均质机在20,000-30,000rpm下使其彻底破碎，并以400-600×g离心10分钟去除细胞内物质。将上清液以10,000×g离心10分钟并以100,000×g离心1小时以获得细胞膜沉淀。用PBS洗涤沉淀，并在超声清洗机中超声处理5秒。最后通过200-400nm聚碳酸酯膜进行最后筛选。将步骤（4）中所得石墨烯-稀土上转换复合纳米微球与癌细胞膜混合，形成囊泡结构。进一步地，步骤（1）a中，以Y作为基质，Yb作为敏化剂，Er作为激活剂进行反应具体过程如下：将YCl3、YbCl3和ErCl3溶解在10mL超纯水中，保证Y:Yb摩尔比为1:2.0-4.0，Yb:Er摩尔比为1:3-5；滴加50mg.mL-1His/FA/OA-NG的水溶液，其中稀土总质量:His-OA-NG质量比为1:3-10；收集产生的沉淀物，超纯水洗涤二次去除游离的His/FA/OA-NG，得到石墨烯-稀土配合物。进一步地，步骤（3）所述缓冲液为含有0.2molL-1NaCl的10mmolL-1的Tris-HCl缓冲溶液；步骤（4）中步骤b所述缓冲液具体为含有5mmolL-1MgCl2,50mmolL-1NaCl的pH7.4、20mmolL-1Tris-HCl缓冲溶液；步骤（4）中步骤c中的缓冲液为pH7.4、20mmolL-1的Tris-HCl缓冲溶液。步骤（5）中的癌细胞为目标癌症所对应的癌细胞。作为本专利技术的另一个目的，石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的应用，将其应用于成像中。进一步地，将石墨烯-稀土上转换复合纳米微球注射入待检测部位，使用配备有980nm光纤耦合激光的体内成像系统成像；在曝光时间为30秒的成像期间，激光功率密度为290-300mW/cm2，应用790/40nm带通发射滤光器以防止激发光对CCD相机的干扰。进一步地，将其应用于体内药物光控释放中。进一步地，将石墨烯-稀土上转换复合纳米微球注射入待检测部位，使用配备有980nm光纤耦合激光照射，持续5分钟，照射1分钟后间隔1分钟。本专利技术的有益效果：本专利技术利用纳米石墨烯良好的水溶性，提高稀土UCNP材料在水介质中的稳定性；利用纳米石本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法，其特征是：首先制备组氨酸功能化石墨烯量子点，然后制备石墨烯量子点-稀土氟化物上转换复合物；对药物进行装载，最后与光热剂金纳米颗粒复合，制得石墨烯-稀土上转换复合纳米微球。/n
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法，其特征是：首先制备组氨酸功能化石墨烯量子点，然后制备石墨烯量子点-稀土氟化物上转换复合物；对药物进行装载，最后与光热剂金纳米颗粒复合，制得石墨烯-稀土上转换复合纳米微球。
2.如权利要求1所述石墨烯-稀土上转换复合纳米微球的制备方法，其特征是步骤如下：
（1）制备组氨酸功能化石墨烯量子点：将柠檬酸、组氨酸、叶酸和十八胺混合物按照摩尔比1:0.5-1.5:0.001-0.01:0.001-0.01在150-220℃下水热反应1-10h，制得组氨酸功能化石墨烯量子点；
（2）制备石墨烯-稀土凝胶纳米微球：
a、采用Y或Gd作为基质，采用Yb或Nd作为敏化剂，采用Er、Tm或Ho作为激活剂进行反应；其中基质：敏化剂的摩尔比为1：2-4；敏化剂：激活剂的摩尔比为1:3-5；
首先将上述稀土混合物溶解于超纯水中，随后滴加His/FA/OA-NG的水溶液进行反应，洗涤后得到石墨烯-稀土配合物；所述稀土混合物：His-OA-NG的质量比为1：3-10；
b、将石墨烯-稀土配合物分散在超纯水中，加入NaF水溶液，使得稀土元素：F离子摩尔比为1：4；继续搅拌50-70min，然后转移到压力反应器中，在150-250℃下加热反应3-24h，冷却至室温，过滤，收集上清液；
c、对步骤b所得上清液以10000-30000rpm离心10-60min；将收集到的沉淀物水洗涤1-10次，得到石墨烯-稀土凝胶纳米微球固体样品，然后重新分散在超纯水中形成1.8-2.2mgmL-1溶液，并储存在4℃的冰箱中备用；
（3）装载药物：将1mg.mL-1多柔比星DOX溶液加入到步骤（3）所得的石墨烯-稀土凝胶纳米微球中，其中石墨烯-稀土凝胶纳米微球：DOX溶液的质量比为1：1-10；室温搅拌过夜，离心、缓冲溶液洗涤，以除去过量的非特异性结合的DOX，得到的复合物再分散于缓冲溶液中；
（4）与光热剂金纳米颗粒复合：
a、将12μL的80％四羟甲基氯化鏻THPC和0.25mL的2molL-1NaOH加入到45mL水中；将混合物剧烈搅拌5分钟，然后快速注入2.0mL质量浓度为1％的HAuCl4，观察到颜色立即变为深棕色，将该溶液储存在遮光的容器中搅拌过夜，得到备用的金纳米粒子溶液；
b、将金纳米粒子溶液与装载DOX的石墨烯-稀土凝胶纳米微球在缓冲溶液中混合，其金纳米粒子溶液：石墨烯-稀土凝胶纳米微球的质量比为1：2-10；在36-38℃下反应75-85min，离心分离，得到石墨烯-稀土凝胶纳米微球复合物固体；
c、将得到的石墨烯-稀土凝胶纳米微球复合物固体重新分散在200μL含有5mmolL-1MgCl2和...
【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞怡，李在均，刘玲，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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