本发明专利技术属于纳米复合材料领域，具体涉及聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的制备方法。以聚丙烯酸钠微球为模板，合成多色上转换荧光三氧化二钆介孔中空纳米球。首先，在水和异丙醇体系中加入聚丙烯酸钠，制备聚丙烯酸钠微球。然后以聚丙烯酸钠微球为模板，通过稀土离子和钠离子间的离子交换作用，使稀土离子取代钠离子，与聚丙烯酸钠微球的羧基进行配位，形成聚合前躯体壳，用异丙醇反复清洗数次。之后，在600°C煅烧2h后得到镧系掺杂的上转换荧光中空三氧化二钆球。本发明专利技术方法简单快捷，条件温和、绿色环保。可以用于药物输送、上转换荧光细胞成像和磁共振成像。也可以用为催化剂、化学反应器、生物成像探针以及药物输送系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米复合材料领域，具体涉及聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的制备方法。
技术介绍
上转换发光是指稀土离子吸收两个或两个以上低能光子而辐射一个高能光子的发光现象，通常是指近红外光转换可见光。迄今为止，上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特征，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而使人眼看不见的红外光变成可见光。与传统的荧光材料相比，例如有机荧光染料分子和半导体量子点，它显示出了优异的特性，stokes位移大的窄带发射，荧光寿命长，光学性质稳定，低背景荧光和杂散射光，深的光穿透尺寸度，可多色标记等。近年来，上转换发光标记因采用近红外连续激光作为激发源，具有较深的光穿透深度、无生物背景荧光干扰、对生物组织无损伤等显著优势，可以和普通共聚焦荧光成像系统很好地联用，可以对多种探针同时标记的生物样品成像，能显示复杂的生物样品中更多细节，这一成像技术在化学、材料科学以及医学研究中具有广阔的应用前景。其中，介孔中空结构的上转换荧光纳米材料更是因其高比表面积、大容量、更强的光学性能和广泛应用而备受关注。基于以上这些优点，许多研究组致力于上转换荧光中空纳米球的合成研究。 现阶段，常规的合成方法有模板法和离子交换法等。模板法以表面修饰的纳米球为模板，使上转换荧光层在模板表面生长，随后将模板刻蚀或煅烧除去，得到产物。YuliangZhao等人通过模板的方法，采用水热碳球作为牺牲模板，成功的大规模地制备了稀土掺杂的三氧化二礼中空纳米球。Hongjie Zhang等人以三聚氰胺甲醒微球为模板，随后通过热处理的方式除去模板，成功合成了中空结构的三氧化二钆微球(参考文献:(a) G.Tian,Z.Gu, X.Liu, L.Zhou, ff.Yin, L.Yan, S.Jin, ff.Ren, G.Xing, S.Li and Y.Zhao, J.Phys.Chem.C, 2011，115，23790; (b) Z.R.Shen, J.G.Wang, P.C.Sun,D.T.Ding and T.H.Chen, Chem.Commun., 2009, 13, 1742; (c) J.U.Park, H.J.Lee, ff.Cho, C.Jo and M.0h, Adv.Mater., 2011, 23，3161.)。离子交换法也得到了很多研究组的关注，Jun Lin等人通过将钒离子引入到Gd(0H)C03:Ln3+前驱体中，经过180 ° C煅烧10 h后得到镧系掺杂的中空GdVO4球(参考文献:X.Kang, D.Yang, Y.Daij M.Shangj Ζ.Cheng, X.Zhangj H.Lianj P.Ma and J.Linj Nanoscale, 2013，5，253.) o Fan Zhang等人通过HF与Y2O3纳米粒子之间的离子交换反应得到了 a-NaYF4中空球(参考文献:F.Zhangj Y.Shij X.Sun, D.Zhao and G.D.Stuckyj Chem.Mater.，2009，21，5237.)。然而，这些制备上转换荧光中空球的方法合成步骤复杂，需要较高的反应温度，较长的反应时间。反应所需试剂不够温和、绿色，多为具有挥发性的有机试剂和具有强腐蚀性的HF或NaOH溶液，基于现有方法的如上缺点，亟需开发一种简单，绿色，经济有效，大范围，反应条件温和的通用方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的通用制备方法，合成的方法简单，操作方便，得到的纳米胶囊功能多。本专利技术以聚丙烯酸钠微球为模板，合成多色上转换荧光三氧化二钆介孔中空纳米球。本专利技术的方案是:首先，在水和异丙醇体系中加入聚丙烯酸钠，制备聚丙烯酸钠微球。然后以聚丙烯酸钠微球为模板，通过稀土离子和钠离子间的离子交换作用，使稀土离子取代钠离子，与聚丙烯酸钠微球的羧基进行配位，形成聚合前躯体壳，用异丙醇反复清洗数次。之后，在600 ° C煅烧2 h后得到镧系掺杂的上转换荧光中空三氧化二钆球。本专利技术的目的通过下述方案实现:一种基于聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光介孔中空纳米球的通用制备方法，包括下述步骤: 一、聚丙烯酸钠(PAAS)微球的制备方法:取0.5-1 mL 0.2 g mL—1 PAAS水溶液，向其中加入5-15 mL去离子水搅拌均匀，然后向该混合溶液中滴加40-200 mL异丙醇(IPA)，持续搅拌20-40 min，得到PAAS微球溶液备用； 二、镧系元素掺杂的聚合前躯体(PAA-Ln)的制备方法: (1)取上述P AAS 微球溶液 2-4 mL,iJPA0.1 M 的 GdCl3: YbCl3: ErCl3 的去离子水-1PA混合溶液超声10-50 min，反应完成后，用IPA清洗5-7次，完全除去未反应的物质，最后将制备的PAA-Ln前躯体放入50 ° C烘箱烘干； (2)为合成多色上转换荧光介孔中空纳米球，可以通过加入不同稀土元素，调节稀土元素的摩尔比例，制备多色上转换荧光介孔中空纳米球。Gd3+:Yb3+ (Y3+)/Er3+ (Tm3+，Ho3+)在Gd2O3IYb3VEr3+, Gd2O3: Yb3+/Tm3+, Gd2O3: Y3+/Er3+, Gd2O3: Yb3+/Ho3+ 和 Gd2O3: Y3+/Ho3+体系中的摩尔比例分别是:80:18:2, 79.8:20:0.2, 80:18:2，79.6:20:0.4 和 79.6:20:0.4。三、基于聚丙烯酸钠微球模板合成多色上转换荧光介孔中空纳米球的制备方法:将步骤二的产物400-600 ° C煅烧2 4 h，得到聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光介孔中空纳米球。由上述方法制备得到多色上转换荧光中空三氧化二钆球。与传统方法相比本专利技术具有如下优点: 1、本专利技术首次提出了在水-异丙醇体系中合成聚丙烯酸钠微球的方法，方法简单快捷，条件温和、绿色环保。2、本专利技术制备的聚丙烯酸钠微球表面的羧基官能团能够与稀土离子进行配位，因此可以作为功能性模板应用在上转换纳米空心球的合成中。3、本专利技术在合成多色上转换荧光介孔中空纳米球的过程中，避免了复杂的处理过程和有害试剂的使用。4、本专利技术在合成上转换荧光介孔中空纳米球的过程中，不需要对模板进行修饰或者特殊的处理，因此该方法简单、方便。5、本专利技术得到的多色上转换荧光中空三氧化二钆球具有较好的分散性和较大的中空结构，因此可以用于药物输送、上转换荧光细胞成像和磁共振成像。6、本专利技术条件简单，温和，自然环保，可以拓展到其他中空纳米材料的合成，这类材料可以用为催化剂、化学反应器、生物成像探针以及药物输送系统。本专利技术提供新型多色上转换荧光介孔中空纳米球的制备方法，使用聚丙烯酸钠微球作为模板，方法环保，条件温和，易于操作，方法通用，得到的纳米颗粒分散性较好，在生物治疗和临床医学等多个领域有广泛的应用前景。附图说明附图1、为本专利技术制备得到的聚 丙烯酸钠微球的透射电镜 附图2、为本专利技术制备得到的镧系元素掺杂的聚合前躯体的透射电镜 附图3、为本专利技术制备得到的红色上转换荧光中空Gd2O3:Yb3+/Er3+纳米球的透射电镜 附图4、为本专利技术制本文档来自技高网...
【技术保护点】
聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的方法，其特征是包括下述步骤：一、聚丙烯酸钠PAAS?微球的制备方法：取0.5?1?mL?0.2?g?mL?1?PAAS?水溶液，向其中加入5?15?mL?去离子水搅拌均匀，然后向该混合溶液中滴加40?200?mL?异丙醇?IPA，持续搅拌20?40?min，得到PAAS?微球溶液备用；二、镧系元素掺杂的聚合前躯体?PAA?Ln?的制备方法：(1)?取上述PAAS?微球溶液2?4?mL，加入0.1?M?的GdCl3:?YbCl3:?ErCl3?的去离子水?IPA混合溶液超声10?50?min，反应完成后，用IPA清洗5?7?次，完全除去未反应的物质，最后将制备的PAA?Ln前躯体放入50?°C烘箱烘干；(2)为合成上转换荧光中空纳米球，通过加入不同稀土元素，调节稀土元素的摩尔比例，制备多色上转换荧光中空纳米球，Gd3+:Yb3+?(Y3+):Er3+?(Tm3+,?Ho3+)?在Gd2O3:Yb3+/Er3+,?Gd2O3:Yb3+/Tm3+,?Gd2O3:Y3+/Er3+,?Gd2O3:Yb3+/Ho3+?和?Gd2O3:Y3+/Ho3+体系中的摩尔比例分别是：80:18:2,?79.8:20:0.2,?80:18:2,?79.6:20:0.4和79.6:20:0.4；三、基于聚丙烯酸钠微球模板合成多色上转换荧光中空纳米球的制备方法：将步骤二的产物400?600?°C煅烧2~4?h，得到聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球。...
【技术特征摘要】
1.聚丙烯酸钠微球模板合成上转换荧光中空纳米球的方法，其特征是包括下述步骤: 一、聚丙烯酸钠PAAS微球的制备方法:取0.5-1 mL 0.2 g ml/1 PAAS水溶液，向其中加入5-15 mL去离子水搅拌均匀，然后向该混合溶液中滴加40-200 mL异丙醇IPA，持续搅拌20-40 min，得到PAAS微球溶液备用； 二、镧系元素掺杂的聚合前躯体PAA-Ln的制备方法: (1)取上述PAAS 微球溶液 2-4 mL,iJPA0.1 M 的 GdCl3: YbCl3: ErCl3 的去离子水-1PA混合溶液超声10-50 min，反应完成后，用IPA清洗5-7次，完全除去未反应的物质，最后将制备的PAA-Ln前躯体放入50 ° C烘箱烘...
【专利技术属性】
技术研发人员：王婷婷，任红，张凌宇，李鹿，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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