一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用。所述近红外二区发光/测温纳米探针，包括SiO2核和包覆于所述SiO2核的四层壳层，所述壳层由内到外依次为激活层、过渡层、敏化层和惰性层；所述激活层为掺杂Er

【技术实现步骤摘要】
一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米探针
，更具体的，涉及一种近红外二区发光/测温纳米探针及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光热治疗作为靶向杀灭恶性肿瘤细胞从而治愈癌症的治疗手段，其原理是将搭载光热转换媒介的纳米探针靶向传递到癌细胞，探针在激光辐射下吸收光能转换为热能，使肿瘤组织温度升高至超过细胞能够存活的温度，进而使癌细胞热消融。冷冻治疗是利用对局部组织的冷冻，可控地破坏或切除活组织的治疗方法。对于冷冻治疗或光热治疗，必须精确把控生物组织温度，实现生物组织温度的精确监测，做到治疗过程实时温度反馈，以便于在肿瘤根除和防止健康组织损伤之间取得平衡。因此，研发一种高灵敏度的体内温度计就显得尤为重要。而传统的接触式温度计，如半导体温度计、热电偶温度计、液晶温度计等都是基于热胀冷缩或热电效应的测温原理，难以应用于精确物体测温；近红外辐射测温仪则难以微型化，只能测量物体表面温度。
[0003]近年来，基于发射光的荧光强度、强度比、寿命等与温度相关的光学参数的发光纳米温度计已经成为一种有前途的非接触式体内局部温度传感工具。发光纳米温度计按照其组成主要分为三种类型：有机染料、量子点和稀土掺杂纳米颗粒，其中稀土掺杂纳米颗粒因具有丰富的亚稳态与阶梯状能级而能够产生较大的斯托克斯位移、窄发射带宽和众多温度相关的非辐射弛豫，成为了近期的研究热点。
[0004]对于体内荧光成像与温度监测，选择合适的激发与发射波长是至关重要的。不同波长的光在生物组织中的穿透能力大相径庭，由此分为三个光学透明窗口：近红外一区(NIR
‑
I)(波长750～950nm)、近红外二区a(NIR
‑
IIa)(波长1000～1350nm)和近红外二区b(NIR
‑
IIb)(波长1500～1700nm)，其中NIR
‑
IIa和NIR
‑
IIb统称为近红外二区。
[0005]已有现有技术(H.Suo,C.Guo,T.Li,Broad
‑
scope thermometry based on dual
‑
color modulation up
‑
conversion phosphor Ba5Gd8Zn4O
21
:Er
3+
/Yb
3+
,J.Phys.Chem.C,120(2016)2914
‑
2924.)报道了一种以Yb
3+
离子作为敏化剂的纳米探针，通过吸收980nm激光，经过上转换过程发射可见光用于纳米测温，但具有以下缺陷：(1)含水量很高的生物组织会吸收980nm激光而导致正常组织过热损伤；(2)可见光在生物组织中会快速耗散，而且会受到生物组织自发荧光的干扰，导致信噪比大大降低，纳米测温不够精准。
[0006]因此，需要开发出一种近红外二区发光/测温纳米探针，发射光波长位于NIR
‑
II，发光强度高且温度敏感性好。

技术实现思路

[0007]本专利技术为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种近红外二区发光/测温纳米探针，发射光波长位于NIR
‑
II，发光强度高，且其在NIR
‑
II区的不同峰位之间的发光强度比、寿命显示出优异的温度依赖性，避免了生物组织对发射光的耗散与干扰。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供上述近红外二区发光/测温纳米探针的制备方法，采用一锅共沉淀法制备，制备效率高、制备成本低，
[0009]本专利技术的另一目的在于提供上述近红外二区发光/测温纳米探针在生物光学测温中的应用。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一种近红外二区发光/测温纳米探针，包括SiO2核和包覆于所述SiO2核的四层壳层，
[0012]所述壳层由内到外依次为激活层、过渡层、敏化层和惰性层；
[0013]所述激活层为掺杂Er
3+
和Yb
3+
的Gd2O3层；所述过渡层为掺杂Yb
3+
的Gd2O3层；所述敏化层为掺杂Nd
3+
和Yb
3+
的Gd2O3层；所述惰性层为Gd2O3层。
[0014]所述荧光纳米探针的化学表达式为：
[0015]SiO2@Gd2O3:Er
3+
/Yb
3+
@Gd2O3:Yb
3+
@Gd2O3:Nd
3+
/Yb
3+
@Gd2O3。
[0016]本专利技术通过设置核
‑
四层壳结构，使用多种稀土离子掺杂，在位于NIR
‑
I的808nm激发光下，能够发射波长位于NIR
‑
II的发射光，且发光效率高、发光强度大，同时具有优异的温度敏感性。
[0017]多种稀土离子掺杂的情况下，需要有稀土离子充当激活剂，用来提供具有丰富能级的发光中心，同时还有另一种或几种稀土离子作为敏化剂，吸收能量并将其转移到激活剂离子。
[0018]所述激活层进行目标光发射，为提高光学测温的灵敏度和精确度，发光强度应尽可能高；本专利技术以Er
3+
和Yb
3+
作为激活剂，具有极高的发光效率。
[0019]敏化层中使用的敏化剂为Yb
3+
和Nd
3+
，Yb
3+
有较大的光子吸收截面，吸收激发光后通过能量交叉弛豫过程可被多种激活剂吸收。
[0020]专利技术人研究发现，在掺杂Nd元素之后，虽然Yb
3+
在975nm处的吸收峰仍然存在，而Nd
3+
在808nm处的强烈吸收峰出现，使得纳米探针可以吸收不会导致组织过热的808nm激光并从4I
9/2
跃迁到4F
5/2
/2H
9/2
能级。经过多声子弛豫(MPR)后，敏化层中部分被激发的Nd
3+
通过4F
3/2
→4I
11/2
和4F
3/2
→4I
13/2
跃迁分别发射出1060nm和1335nm的NIR
‑
II区荧光。
[0021]另外有一部分处于4F
3/2
能级的Nd
3+
通过能量转移(ET)过程使同层的Yb
3+
被激发到2F
5/2
能级。在过渡层Yb
3+
的介导下，能量被逐渐从敏化层传递到激活层的Er
3+
，与此同时也有一些Yb
3+
经过2F
5/2
→2F
7/2
过程发射出1020nm荧光。激活层的Er
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，包括SiO2核和包覆于所述SiO2核的四层壳层，所述壳层由内到外依次为激活层、过渡层、敏化层和惰性层；所述激活层为掺杂Er
3+
和Yb
3+
的Gd2O3层；所述过渡层为掺杂Yb
3+
的Gd2O3层；所述敏化层为掺杂Nd
3+
和Yb
3+
的Gd2O3层；所述惰性层为Gd2O3层。2.根据权利要求1所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述近红外二区发光/测温纳米探针的平均粒径为100～130nm。3.根据权利要求1所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述SiO2核的平均直径为70～95nm。4.根据权利要求1所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述过渡层的厚度为1～4nm。5.根据权利要求4所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述过渡层的厚度为2～3nm；更优选地，所述过渡层的厚度为4nm。6.根据权利要求1所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述敏化层中Nd
3+
的掺杂浓度为10～90mol％。7.根据权利要求1所述近红外二区发光/测温纳米探针，其特征在于，所述激活层中Er
3+
的掺杂浓度为1～6mol％。8.权利要求1～7任一项所述近红外二区发光/测温纳米探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将SiO2颗粒分散于水中，加入尿素、Gd
3+
、Er
3+
、Yb
3+
，在75～85℃下搅拌0.8～1.2h...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷金昌，邵元智，郑宏挺，张金涛，沈漉，黄俊驹，林晋纬，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：