基于上转换荧光纳米颗粒功能性复合材料的制备与应用研究

发布时间：2020-08-04 19:06

【摘要】：上转换荧光纳米材料(UCNPs)是一种吸收长波长低能量的近红外光发射出短波长高能量的紫外可见光的新型荧光材料~([1])。相比传统的荧光材料,UCNPs具有许多优异的特点,如光稳定性好,荧光寿命长,高组织穿透深度,对生物组织的低毒副作用,接近零背景荧光和高生物传感灵敏度通常用于生物发光成像,核磁成像,CT成像和生物检测等领域。金属-有机骨架材料(MOFs)是由中心金属离子与有机配体通过配位作用形成的一种新型的3D骨架聚合物。MOFs材料表面孔密度大,相应的比表面积大,具有很高的载药能力,大多数MOFs是生物相容的,几乎无毒,并且通常用作药物递送的药物载体。本论文中,我们以具有生物成像性能的UCNPs材料为基础,通过修饰不同性能的材料来合成多功能纳米复合材料,开发了具有生物成像和药物缓释于一体的双功能治疗体系,来减轻了传统治疗方式中药物分布不均匀,较差的药代动力的缺点,提高癌症治疗效率。具体研究内容如下:1、我们通过热分解法、原位生长法和自组装技术成功将上转换荧光纳米颗粒与金属-有机骨架材料(MIL-53)结合在一起,构造了一种核-壳结构的具有生物成像和药物装载性能的多功能治疗系统。其中上转换荧光纳米颗粒NaYF_4:Yb,Er@NaYF_4:Nd采用对正常组织损伤小的波长为808 nm的激发源,在550 nm处检测出明亮的绿色发射光,显示出优异的荧光性能。MIL-53通过中心离子Fe~(3+)和有机配体2-氨基对苯二甲酸与药物分子阿霉素DOX之间的配位作用和氢键来实现对DOX的负载。此外,我们使用PEG/FA来修饰其表面以改善其生物相容性和靶向肿瘤部位。为此,我们研究了其细胞毒性,并显示出良好的治疗效果。因此,我们设计的多功能癌症治疗体系,为同时实现靶向给药,病灶定位等多重功能提供了可能,具有重要的研究价值和应用前景。2、通过热分解法制备富含Er~(3+)的红光发射的上转换荧光纳米颗粒NaErF_4:Tm@NaYF_4。与传统的Yb~(3+)-Er~(3+)系统不同,在主晶格中没有掺杂诸如Yb~(3+)和Nd~(3+)的敏化剂,Er~(3+)离子可以作为敏化剂和活化剂,Er~(3+)离子之间具有高效的能量迁移,可以抑制由于掺杂离子浓度高而引起荧光淬灭对表面涂覆的影响,而少量Tm~(3+)的掺杂可以进一步增强上转换发光,具有更高的成像灵敏度。然后利用2-甲基咪唑与已吸附有Zn~(2+)的NaErF_4:Tm@NaYF_4配位得到一种荧光纳米复合材料NaErF_4:Tm@NaYF_4@ZIF-8。其中,沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)也是一种MOFs材料,除了具有高药物负荷外,还有优异的生物降解性以及与肿瘤微环境一致的PH响应性,用于药物分子的可控缓释。3、我们成功制备了一种镧系铈Ce~(3+)掺杂的下转换发光纳米晶体是一种新型有效的荧光纳米探针。Ce~(3+)掺杂可以抑制上转换路径,同时将下转换增加~9倍,以在980 nm激发下产生明亮的550 nm和强烈的1550 nm发射光。近红外区域中1500-1700 nm的体内荧光成像(NIR-IIb窗口)具有高空间分辨率,由于抑制了长波长光和大荧光团斯托克斯散射位移。我们的研究结果为新一代多功能生物医学纳米材料奠定了基础,这些纳米材料可以基于先进的红外成像技术推进疾病监测。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.4;O657.3;TB383.1
【图文】：

形貌,荧光,溶剂热法,凝胶法

晶荧光性能的影响。溶胶工序繁琐，粒径不易控制等缺点图1.1.7 (a)和(b)分别为Y1.838（3）水热溶剂热法水热溶剂热法是通过使用液态水或耐高温有机溶剂作为介质在高压反应中进行的。水热合成法是一项比较久远的研究在 20 世纪末，水热合成作为一种温和的合成路线逐渐应用于发光材料领域水热合成方法的最显着特征是完成单个反应步骤产物的粒径形貌易于调控下成功制备了具有良好结晶的镧掺杂的 YVO4纳米颗粒固-溶三相（LSS）界面相转移和分离机理纳米颗粒提供了一种简单方便的途径通过有效的控制掺杂离子浓度一系列不同形貌和几乎单分散的青岛大学硕士学位论文8可见光下降解氧乐果的过程中，采用溶胶-3+掺杂的稀土氧化物上转换纳米材料，首先将稀土氧化物和硝酸反应形成稀土硝酸盐前驱体，然后再加入柠檬酸加热搅拌最后经干燥、研磨、煅烧、冷却获得产品。凝胶法的工艺，研究了使用不同种类的螯合剂形成不同各异的凝胶前驱体后，对产品纳米粉体 Y2O3纳米粉体的晶粒和形貌-凝胶方法合成 Er3+/Yb3+掺杂的 CaCen24-32 nm[21]。Boilot 等人[22]采用改进后的溶胶纳米晶。汤玲丽和同事们[23]利用此方法成功合成了3纳米晶如图图 1.1.7，并研究不同掺杂离子浓度对纳米溶胶-凝胶法原料价格昂贵

纳米晶体,掺杂离子,反应温度,形貌

类似的工作了上转换发光氟化物纳米颗粒图1.1.8 NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶体的（4）热分解法热分解法是合成单分散性要控制无水，无氧并且惰性气体保护的条件烯，油酸，油胺以及它们的混合体系相纯，上转换发光强，产品形貌均一是油溶性的，需要进一步改性物中加入一定量的稀土前驱体前体将溶液加热至 150 ℃以上③将溶液加热至高温（通常沉淀，离心收集。Yan 使用三氟乙酸盐335 ℃高温氩气保护条件粒子[30,31]。Mai 等人系统地研究了纳米晶体的生长机制应分为四个阶段，包括延迟成核和聚集[32]。Wang 和他的同事构的 NaGdF4基质的上转换荧光颗粒到不同的层中，可以有效地将单波长青岛大学硕士学位论文9年李亚东课题组[27]又通过水热溶剂热法成功合成出

示意图,高压氧,胶原蛋白,不使用

ATCC 的结合能力更强，离，恢复上转换荧光，从而图1.2.3.基于上转换纳米颗粒的荧光探针快速检测超敏细菌的原理图修饰的互补DNA通过缩合反应与羧基功能化的饰适配体偶联到Au纳米颗粒上FRET系统。(D)将目标菌引入从而破坏适配体青岛大学硕士学位论文17TAMRA 在 545 nm 处对应。当 miR-122和 TAMRA 可以相互靠近，导致 UCNPs122 浓度的升高，545 nm 处信号减弱，580 nmmiR-22 的检测。Sun 将一种新型尼罗红衍生物与通过疏水作用结合在一起，成功制备了具有高灵敏度和高选择性的响应上转换发光纳米结构，可用于 Fe3+的检测[83]。Li[84]报道疏水铱络合物通过范德华力组装在 NaYF4:Yb/Er 表面通过 FRET 引起 NaYF4:Yb/Er的荧光猝灭。而氰化离子可与铱络合物反应破坏铱共轭结构，使铱络合物失去 540 nm 光的吸收能力处的发射峰，通过 540 nm 处荧光强度的变化实现

【参考文献】