一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒及其制备方法和应用

本发明属于近红外长余辉纳米材料的，更具体地，涉及一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、长余辉发光材料是一种在激发停止后仍然可以持续发光很长一段时间的发光材料。凭借着其独特的超长寿命发光，近红外长余辉发光材料可以在体外进行激发，然后进入活体进行成像。相比于传统的量子点和上转换发光材料，近红外长余辉发光材料可在体外激发，避免了持续激发造成的生物组织自身的背景荧光干扰。与此同时，近红外光的发射处于生物光学窗口中，穿透力强。因此近红外长余辉发光材料在生物活体光学成像应用中具有超高信噪比的优势，展现出极大的应用前景。

2、现有近红外长余辉发光材料的制备策略主要有高温固相法、溶胶凝胶法、水热法和二氧化硅模板法。其中，高温固相法制得的近红外长余辉发光材料的粒径较大，不适用于生物活体成像；而溶胶凝胶法、水热法能够得到粒径小于100纳米的近红外长余辉发光纳米材料，但是制得的纳米颗粒往往非常团聚，容易在肝脏、脾脏和肺等器官高度聚集，不但导致高的背景信号，还将对这些器官造成潜在的毒性，限制了其在活体成像和细胞示踪等领域的应用。二氧化硅模板法制得的近红外长余辉发光材料的粒径则依赖于二氧化硅模板的尺寸，目前仍无法在尺寸小于50纳米的二氧化硅模板中实现该方法的应用。

3、多项研究表明，粒径小于5nm的近红外长余辉发光纳米材料可通过肾脏排泄，具有更高的代谢效率，因此，粒径小于5nm的近红外长余辉发光材料在理论上将具有更小的背景干扰和更高的生物安全性。然而随着纳米材料的粒径逐渐变小，其发光性能一般而言也逐渐减弱。因此，如何探索一种粒径更小，但是长余辉持续发光时间更好的近红外长余辉发光纳米材料成为亟需解决的重要问题。

4、专利公开号cn105754595a公开了一种长余辉纳米材料，将硝酸锌溶液、硝酸镓溶液、锗酸钠溶液以及硝酸铬溶液一起混合搅拌迅速加入氨水，调节混合溶液ph至10；然后将混合溶液转移至高温水热釜中，于120℃反应24h。制备获得的长余辉材料尺寸均一，尺寸可从7nm增加到80nm，在可见光激发下产生亮度高、持续时间长。然而当制备的长余辉纳米材料成分组成为znga2o4:0.75％cr时，颗粒尺寸为7nm，在余辉衰减图像中，其余辉时间仅为3h，仍然难以满足实际的应用需求。

技术实现思路

1、针对上述现有的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的制备方法，制备获得的近红外长余辉纳米颗粒的平均直径小于5纳米，能够产生波长位于600纳米至800纳米之间的近红外长余辉发射，长余辉发光持续时间最长可超过5小时。

2、本发明的第二个目的在于提供一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的制备方法制备获得的超小高性能近红外长余辉纳米颗粒。

3、本发明的第三个目的在于提供一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒在生物活体光学成像、分子标记或在制备医学诊疗试剂中的应用。

4、为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：

5、本发明请求保护一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

6、s1.将乙酰丙酮镓、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铬和长链烷基二醇加入到含有油酸、油胺和十八烯的混合溶液中，搅拌，抽真空，加热至50～110℃，保温；所述长链烷基二醇含有10～18个碳原子；

7、s2.氮气保护下升温至160～240℃，保温；

8、s3.继续升温至260～340℃，保温，后处理，获得所述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒。

9、本发明采用油酸、油胺和十八烯的混合溶剂作为反应体系，限制近红外长余辉纳米颗粒晶粒长大的同时也利用颗粒表面附着的有机基团提高纳米颗粒的分散性。制备获得的纳米颗粒不仅具有更小的粒径，同时也降低了纳米颗粒团聚。而长链烷基二醇的引入则可促进乙酰丙酮盐原料的分解，提高近红外长余辉纳米颗粒的结晶性，从而提升近红外长余辉发光性能。而如果在反应体系中引入低沸点的短链烷基二元醇，将导致步骤s3中的加热温度无法提升至最佳反应温度，不能够制备获得本发明超小高性能近红外长余辉纳米颗粒。

10、进一步地，本发明采用三段式加热制备获得所述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒，其中第一段加热目的是将乙酰丙酮盐完全溶解于油酸、油胺和十八烯的混合溶剂中；第二段加热目的是促使乙酰丙酮盐分解，形成小晶粒；而第三段加热目的是帮助晶粒生长，最终制备获得所述高性能红外长余辉纳米颗粒。本发明制备的长余辉纳米颗粒不仅具有更小的平均直径，而且具有更为优异的长余辉发光持续时间。

11、优选地，所述步骤s1中，所述乙酰丙酮镓、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铬和长链二元醇的摩尔比为2：(0.6～1.4)：(1×10-4～2×10-3)：(1～40)。进一步优选地，所述乙酰丙酮镓、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铬和长链二元醇的摩尔比为2：(1.0～1.1)：(1×10-3～1.5×10-3)：(5～15)。进一步优选地，所述乙酰丙酮镓、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铬和长链二元醇的摩尔比为2：1：1.42×10-3：10。在上述优选范围下，制备获得的超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的发光强度更高。

12、优选地，所述步骤s1中，所述油酸、油胺和十八烯的体积比为1：(0.5～1.5)：(1～4)。进一步优选地，所述油酸、油胺和十八烯的体积比为1：(0.8～1.2)：(1.5～2.5)。

13、具体地，本发明中所述长链烷基二醇可以含有10个碳原子、11个碳原子、12个碳原子、13个碳原子、14个碳原子、15个碳原子、16个碳原子、17个碳原子、18个碳原子等，或上述任意数值形成的区间范围，如10～14个碳原子、12～18个碳原子等，本发明不限于此。

14、优选地，所述长链烷基二醇含有12～16个碳原子。进一步优选地，所述长链烷基二醇选自1,2-十二烷二醇、1,2-十四烷二醇或1,2-十六烷二醇中的一种或多种。进一步优选地，所述长链烷基二醇为1,2-十四烷二醇。

15、优选地，所述步骤s2中，所述保温的时间为0.5～3h。进一步优选地，所述保温的时间为0.8～1.5h。

16、具体地，所述步骤s2中，氮气保护下升温至160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃等，或上述任意数值形成的区间范围，如160℃～190℃、170℃～210℃等，本发明不限于此。进一步优选地，所述步骤s2中，升温至180～220℃。

17、优选地，所述步骤s3中，所述保温的时间为0.5～5h。进一步优选地，所述保温的时间为1～3h。

18、具体地，所述步骤s3中，继续升温至260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃等，或上述任意数值形成的区间范围，如260℃～290℃、270℃～310℃等，本发明不限于此。进一步优选地，所述步骤s3中，继续升温至290～320℃。

19、优选地，所述步骤s1中，所述保温的时间为0.4～2h。进一步优选地，所述保温的时间为0.6～1h。

20、进一步优选地，所述步骤s1中，升温至70～90℃。

21、优选地，所述后处理包括离心、重悬、洗涤。

22、进一步地，本发明请求保护上述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的制备方法制备获得的超小高性能近红外长余辉纳米颗粒。

23、优选地，所述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的平均直径小于5nm。进一步优选地，所述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的平均直径为3.5～4.5nm。

24、优选地，所述超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的化学式为znyga2crxo4，其中，1×10-4≤x≤2×10-3，0.6≤y≤1.4。其中，znyga2o4为基质，cr3+为激活离子。优选地，0.0005≤x≤0.002，0.8≤y≤1.2。进一步优选地，0.001≤x≤0.0015，1.0≤y≤1.1。

25、进一步地，本发明请求保护一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒在生物活体光学成像、分子标记或在制备医学诊疗试剂中的应用。

26、本发明提供的超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的平均直径小于5纳米和具有发光持续时间超过4小时的长余辉发光性能，纳米颗粒经过适当的功能化修饰，也可以用于亚细胞器成像、分子标记和活体精细光学成像等领域中，因此上述领域中的应用也应当在本发明的保护范围内。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供了一种超小高性能近红外长余辉纳米颗粒的制备方法，所述方法以油酸、油胺、十八烯的混合溶液作为反应介质，长链二元醇作为反应调控试剂，利用特定调控的乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铬用量以及反应的温度和时间，制备得到了一种平均直径在5纳米以下、具有良好分散性的超小高性能近红外长余辉纳米颗粒，能够有效避免在肝脏、脾脏和肺等器官的高度聚集；同时所述纳米颗粒还具有优异的长余辉发光性能，能够被265纳米紫外光有效激发，产生波长位于600纳米至800纳米之间的近红外长余辉发射，最大长余辉发光持续时间超过5小时，能够实现更好的活体成像效果，在光学成像和生物医学诊疗试剂开发领域具有广阔应用前景。