一种近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料及制备方法

本发明属于发光材料，具体涉及一种近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料。

背景技术：

1、癌症是对人类健康的一大威胁，且发病率和死亡率正在逐年上升。尽管近几十年来医学技术取得了长足的进步，但要实现肿瘤细胞的精准识别和长期追踪，同时清晰定位癌组织边界，最大限度的保留正常组织前提下完成肿瘤切除手术，仍然是一个挑战。

2、近年来，光学成像因其具有灵敏度高、成本低、时间短、携带方便、无有害辐射等优点而受到人们的广泛关注。近红外二区荧光材料，因其具有先天优势，如穿透能力强、组织吸收和散射小、自发荧光低等优点，可以轻易地从背景中区分出来，实现可见光荧光成像难以达到的高灵敏度。持久性发光是长余辉材料在停止激发后的余辉发光，使激发和发射过程完全分离，利用长余辉材料的这种独特性质，高质量的体内荧光成像成为可能。然而，在长余辉材料持续发光的激发过程中仍需要短波长的激发源，如紫外光，这限制了组织的穿透深度。上转换材料可以将低能量的光(通常在近红外区)转化为更高能量的可见光。因此，上转换材料可以作为理想的波长转换器，但相对较低的上转换效率阻碍了此类材料在体内研究的发展。因此，开发具有高效上转换效率的近红外二区复合纳米材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决近红外二区发光材料在激发过程中仍然需要短波长激发源的问题，例如紫外光，由于其具有低组织穿透深度，限制了在体内的再激活充能过程。本发明提供了一种具有可控尺寸、低毒性、可通过近红外一区激发后产生持久近红外二区荧光成像性质的复合纳米材料。

2、近红外激光(980nm)激发上转换材料后，通过能量转移有效地对长余辉材料进行激活充能，获得近红外二区的持久性发光。使用980nm激光器有效激活上转换材料，这意味着可以在体内有效充能，长余辉材料的荧光衰减寿命不再是近红外二区荧光成像的限制。近红外二区荧光成像技术有望为肿瘤细胞的精确识别和定位提供巨大帮助。

3、本发明的技术方案：

4、本发明提供的近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料，结构组成为zn1-xga2o4:xni2+-naerf4:yb3+,mn2+，其中x＝0.0001～0.1，优选x＝0.0003，0.001，0.003，0.005，0.01，0.03，0.05，更优选x＝0.01。

5、所述近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料由下述方法制备得到：

6、(1)取ga2o3、hno3和去离子水，依次倒入容器中超声20～40min，在150～170℃进行回流，直至ga2o3完全溶解达到透明状态，停止回流静置冷却，将其转移到容量瓶中定容，得到浓度为0.2mol/l的ga3+溶液；取nicl2·6h2o、zn(no3)2·6h2o分别溶于去离子水中，完全溶解后转移到容量瓶中定容，得到浓度为0.01mol/l的ni2+溶液和浓度为0.4mol/l的zn2+溶液，然后按照摩尔比zn2+:ga3+:ni2+＝1-x:2:x(x＝0.0001～0.1)化学计量比依次加入不同体积的所述zn2+，ga3+和ni2+离子溶液于容器中，再加入乙二醇，将溶液在室温下搅拌40～50min，然后用稀氨水调节ph为7～9，继续搅拌1～3h。将得到的混合溶液置于反应釜中，进行水热反应；待反应结束后自然冷却，分别用无水乙醇和去离子水洗涤，在真空60～80℃下干燥11～13h后，置于玛瑙研钵内充分研磨，将研磨后的样品煅烧，反应结束后，置于容器中，加入edta-na2·2h2o和去离子水，在室温下搅拌10～20min，然后用浓氨水调节ph为12～14，继续搅拌1～2h，将得到的混合溶液置于反应釜中，进行水热反应，待反应结束后自然冷却，分别用无水乙醇和去离子水洗涤，在真空60～80℃下干燥11～13h后，置于玛瑙研钵内充分研磨，即可获得zn1-xga2o4:xni2+材料；其中，所述水热反应温度均为160～180℃，时间均为22～26h，煅烧温度均为900～1100℃，煅烧时间均为2～4h，升温速率为5～10℃/min；

7、按照上述实验条件，改变zn2+，ga3+和ni2+的比例，最终可以确定最佳制备条件。

8、优选的，所述zn1-xga2o4:xni2+材料中x＝0.0001～0.1，优选x为0.01。

9、(2)取mncl2·4h2o，为防止mn2+水解，采用质量浓度为10％的盐酸酸化，然后逐滴加入去离子水中搅拌，完全溶解后转移到容量瓶中定容，得到浓度为0.3mol/l的氯化锰溶液。取nh4f、yb(no3)3·5h2o、er(no3)3·6h2o分别溶于去离子水中，完全溶解后转移到容量瓶中定容，得到浓度为2mol/l氟化铵溶液、浓度为0.1mol/l硝酸镱溶液和浓度为0.05mol/l硝酸铒溶液。将氢氧化钠、油酸和无水乙醇倒入容器中，在室温条件下充分搅拌，直至形成白色粘性溶液，然后加入氟化铵溶液，继续搅拌直至形成透明溶液后，加入氯化锰溶液、硝酸镱溶液和硝酸铒溶液，在20～30℃下搅拌20～40min，将得到的混合溶液置于反应釜中，进行水热反应，待反应结束后自然冷却，在高速离心机中转速9000～11000rpm下离心4～6min，将沉淀物用无水乙醇和环己烷交替洗涤，在真空60～80℃下干燥11～13h后，置于玛瑙研钵内仔细研磨，得到naerf4:yb3+,mn2+材料；其中，所述的氢氧化钠、油酸、无水乙醇、氟化铵溶液、氯化锰溶液、硝酸镱溶液和硝酸铒溶液的质量体积比为0.6～0.8g:7～9ml:11～13ml:2～3ml:0.8～1.2ml:1～3ml:9～11ml；所述水热反应温度为170～190℃，时间为10～14h。

10、(3)将步骤(1)得到的zn1-xga2o4:xni2+材料分散在5mmol/l的naoh溶液中，并在室温下搅拌10～14h，随后在9000～11000rpm下离心14～16min，并用去离子水洗涤，将沉淀物置于真空干燥箱中，在60～80℃下干燥11～13h，得到羟基化zn1-xga2o4:xni2+。将羟基化zn1-xga2o4:xni2+分散在50mldmf中，随后加入aptes并在70～90℃下搅拌11～13h，在9000～11000rpm下离心14～16min，用dmf洗涤，将沉淀物置于真空干燥箱中，在60～80℃下干燥11～13h，得到氨基化zn1-xga2o4:xni2+。将氨基化zn1-xga2o4:xni2+分散于去离子水中，加入paa在室温下搅拌23～25h，随后在9000～11000rpm下离心14～16min，并用去离子水洗涤，将沉淀物置于真空干燥箱中，在60～80℃下干燥11～13h，得到羧基化zn1-xga2o4:xni2+；

11、(4)将步骤(2)得到的naerf4:yb3+,mn2+材料溶解在乙醇中，加入aptes，并在室温下搅拌23～25h，随后在9000～11000rpm下离心14～16min，并用dmf洗涤，将沉淀物置于真空干燥箱中，在60～80℃下干燥11～13h，得到氨基化naerf4:yb3+,mn2+；

12、(5)将nhs、edc·hcl和ph＝7.4的pbs缓冲溶液混合，并在氮气保护下充分搅拌1～3h，加入步骤(3)所得羧基化zn1-xga2o4:xni2+和步骤(4)所得氨基化naerf4:yb3+,mn2+，在室温下继续搅拌11～13h，随后在9000～11000rpm下离心14～16min，用无水乙醇和去离子水交替洗涤，得到zn1-xga2o4:xni2+-naerf4:yb3+,mn2+。

13、按照上述实验条件，改变羧基化zn1-xga2o4:xni2+和氨基化naerf4:yb3+,mn2+的质量比，最终可以确定最佳制备条件。

14、优选的，所述羧基化zn1-xga2o4:xni2+和氨基化naerf4:yb3+,mn2+的质量比分别为1:3～3:1，优选质量比为1:3，1:2，1:1，2:1或3:1，更优选为2:1。

15、本发明提供的近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料zn1-xga2o4:xni2+-naerf4:yb3+,mn2+可应用于生物成像、药物制备及肿瘤微环境监测中。将近红外一区激光器作为能源，通过上转换过程进行体内激活，产生持久近红外二区发光，可以实现肿瘤细胞的精准识别和长期追踪。

16、本发明的优点和有益效果：

17、本发明近红外一区激发近红外二区发射的复合纳米材料的制备方法简便、高效，所述复合纳米材料具有高的光稳定性，可有效地在体内激活充能，通过短周期的近红外一区激光照射后，可以产生长周期的近红外二区荧光，具有良好的生物相容性以及深的组织穿透深度等优点，可对肿瘤细胞实现精准识别和长期追踪。