一种体内生物成像用纳米晶材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及生物医学成像领域，尤其涉及一种体内生物成像用纳米晶材料及其制备方法和应用。一种氟化物核壳纳米晶材料，该纳米晶材料的纳米晶分子式如下：NaGd

【技术实现步骤摘要】
一种体内生物成像用纳米晶材料及其制备方法和应用
本申请涉及生物医学成像领域，尤其涉及一种体内生物成像用纳米晶材料及其制备方法和应用。
技术介绍
传统的荧光探针有机荧光染料的发光稳定性较差，限制了它的生物应用，如有机荧光染料标记膜蛋白可以检测到膜蛋白的分布，但不能监测到蛋白的结构演变，因为有机荧光染料在几秒内就会发生光漂白现象。后来半导体纳米量子点以其较高的量子效率和较强的光稳定性，在生物分子检测和细胞成像应用中得到了极大关注。然而，半导体量子点含有有毒元素，且功能化十分复杂。这些原因激发了人们研究新型荧光探针的强烈愿望，近年来，稀土纳米材料以其独特的性能（光化学稳定性好，长寿命，低毒性等）在生物成像、蛋白质和核酸分子检测等应用中作为荧光探针得到了快速发展。稀土纳米粒子应用于生物医学方面必须满足以下条件：（1）发光效率高；（2）良好的水溶性，表面具有活性官能团（如-NH2，-SH或-COOH等）；（3）尺寸较小且形貌可控。目前，制备出的大多数纳米粒子在水中都不能稳定分散，比如，Mimun等合成了GdF3：Nd3+纳米发光体，并研究了它的水分散液的稳定性，两天后发现有明显的沉淀产生。后来人们采用表面修饰的方法改变来纳米粒子的亲水性和增强纳米粒子水分散液的稳定性。例如，Wang等在NdF3纳米粒子的表面包覆了一层SiO2得到了生物相容性良好且发光效率极高的纳米粒子。这些修饰方法已经比较成熟，然而，它们都有一定的局限性，如反应过程极其复杂、精确控制形貌大小比较困难，无法保证单分散性等。值得关注的是，纳米粒子的粒径和分散性对癌症的诊断和治疗具有很大的影响，理想的纳米探针的粒径应该小于20nm，因为粒径小于20nm的纳米粒子更有利于人体的排泄，对人体伤害小。因此需要进一步发展一种简单易行的方法来制备表面带有活性基团，水溶性的，粒径较小的稀土纳米粒子。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本申请的目的是提供一种氟化物核壳纳米晶材料，该纳米晶材料经PAA表面修饰后具备良好的水溶性和生物相容性，能够很好地用于生物体内的荧光成像材料制备中的应用。由该纳米晶材料制备的荧光探针具有无背景荧光，深穿透深度以及准确度高的优势。为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：一种氟化物核壳纳米晶材料，该纳米晶材料的纳米晶分子式如下：NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb@PAA。优选，该纳米晶材料为水溶性纳米晶材料，由PAA包覆NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb纳米晶构成。优选，NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb@PAA纳米晶为NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：50Yb@PAA。进一步，本申请提供了一种氟化物核壳纳米晶材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)0.4毫摩尔乙酸钆，0.6毫摩尔乙酸钕，0.04毫摩尔乙酸铒，1毫摩尔三氟乙酸钠，4毫摩尔氟化铵，5毫升油酸和10毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在氮气保护气氛条件下，于110℃搅拌并保温60分钟，然后迅速升温至300℃，并保温1小时；2)待溶液冷却至室温后，产物用乙醇和去离子水的混合液洗涤3-5次；3)0.5毫摩尔三氟乙酸钪，0.5毫摩尔乙酸镱，1毫摩尔三氟乙酸钠，4毫摩尔氟化铵，8毫升油酸和10毫升十八烯加入到三口烧瓶中，加热到110℃去除水，再将温度升到150℃反应1小时，冷却至室温，将步骤2）中的产物加入到反应混合液中，搅拌2小时后在氮气保护气氛条件下迅速升温至300℃，并保温1小时；4)待溶液冷却至室温后，产物用乙醇和去离子水的混合液洗涤3-5次；5)取15mg步骤4)中的产物分散于10mL四氢呋喃溶液中并转入100mL圆底烧瓶中，然后向体系中加入0.25gPAA并在室温条件下剧烈搅拌过夜；6)在50℃条件下旋转蒸发THF得到白色固体，向烧瓶中加入10mL环己烷超声15min并剧烈搅拌30min，用环己烷和乙醇混合液离心洗涤三次并分散于超纯水中。进一步，本申请提供了所述的纳米晶材料用于生物体内荧光成像材料制备中的应用。进一步，本申请提供了一种生物体内成像荧光探针，该荧光探针包括所述的纳米晶材料。本申请由于采用了上述的技术方案，通过一种热分解法制备出超小尺寸的NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb核壳纳米晶，再通过PAA表面修饰，使纳米晶能够很好地分散在水溶液中，具有良好的单分散性和生物相容性。在980纳米激光器激发条件下，Yb3+离子能够吸收980nm波长的光子，Nd3+离子能够发射1064nm的光子，而且Yb3+离子到Nd3+离子具有很高的能量传递效率。本申请提出的纳米晶材料在生物荧光成像应用中具有无背景荧光干扰、斯托克斯位移大、尺寸粒径小和细胞毒性小的优势。附图说明图1（a）和（b）分别为NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：50Yb的XRD图谱和透射电子显微镜图，（c）为NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：50Yb@PAA的透射电子显微镜图。图2（a）NaGd0.9Nd0.1F4@NaScF4:20Yb（黑色）与NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4:20Yb（绿色）纳米晶在980纳米近红外激光器激发条件下的下转移发射谱，（b）下转移发光强度随Yb3+离子掺杂浓度变化的关系曲线，（c）980nm激光器激发的下转移发光机理示意图。图3（a）NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：20Yb，NaGd0.6Nd0.4F4@NaGdF4：20Yb与NaGd0.2Nd0.6Yb0.2F4@NaScF4纳米晶在980纳米近红外激光器激发条件下的下转移发射谱。图4NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4:20Yb纳米晶中Nd3+离子的近红外发光强度在不同无机盐溶液中的相对强度。图5L929细胞在吸附纳米粒子后的细胞毒性图。图6对小鼠四肢皮下注射NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：50Yb@PAA纳米晶材料小鼠体内荧光生物照片（a）明场照片，（b）X射线荧光照片以及（c）叠加照片。图7从尾静脉注射的裸鼠的体内荧光信号随时间的变化。具体实施方式1实验部分1.1主要仪器和试剂：乙酸钆(99.0%)，三氟乙酸钠，乙酸镱(99.9%)，三氟乙酸钪，乙酸钕(99.0%)，油酸(90.0%)，十八烯(90.0%)和环己烷购买于Sigma-Aldrich公司，盐酸，无水乙醇，氟化铵、聚丙烯酸（PAA）和四氢呋喃（THF）购买于国药集团化学试剂有限公司，3-（4,5-Dimethylthiazol2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromide（MTT）购买于北京鼎国生物有限公司，胎牛血清（FBS）和高糖培养基（DMEM）购买于Gibco公司，L929细胞购于中国科学院上海细胞库，裸鼠购买于北京华阜康生物有限公司。1.2NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb@PAA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟化物核壳纳米晶材料，其特征在于，该纳米晶材料的纳米晶分子式如下：NaGd

【技术特征摘要】
1.一种氟化物核壳纳米晶材料，其特征在于，该纳米晶材料的纳米晶分子式如下：NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb@PAA。


2.根据权利要求1所述的一种氟化物核壳纳米晶材料，其特征在于，该纳米晶材料为水溶性纳米晶材料，由PAA包覆NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb纳米晶构成。


3.根据权利要求1或2所述的一种氟化物核壳纳米晶材料，其特征在于，NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：Yb@PAA纳米晶为NaGd0.4Nd0.6F4@NaScF4：50Yb@PAA。


4.根据权利要求3所述的一种氟化物核壳纳米晶材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）0.4毫摩尔乙酸钆，0.6毫摩尔乙酸钕，0.04毫摩尔乙酸铒，1毫摩尔三氟乙酸钠，4毫摩尔氟化铵，5毫升油酸和10毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在氮气保护气氛条件下，于110℃搅拌并保温60分钟，然后迅速升温至300℃，并保温1小时；
2）待溶液冷却至室温后，产物用乙醇和去离子水的混合液洗涤3-5次；
3）0.5毫摩尔三氟乙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟丽，王兆安，郭文胜，
申请(专利权)人：杭州美迪生物医药技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33