一種油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在于：將油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料均勻分散在有機(jī)溶劑中，然后加入mPEG2K-b-PEBEP6K并攪拌，再加熱去除有機(jī)溶劑，最后離心分離得沉淀烘干，即完成油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。本發(fā)明所提供的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，通過簡單的攪拌、離心分離即可獲得水溶性非常好的納米材料，并且其在與生物體系類似的緩沖液中也具有很好的分散性。
【專利說明】一種油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料表面修飾【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種改善油溶性稀土上轉(zhuǎn)換熒光 納米材料水溶性的表面修飾方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米材料由于具有低毒、熒光壽命長、很強(qiáng)的生物滲透深度等特 征近年來備受關(guān)注，在光動(dòng)力治療、生物成像、藥物釋放等生物領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。但 是，由于目前合成穩(wěn)定、形貌一致、發(fā)光強(qiáng)度高的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料比較成熟的方法是采 用有機(jī)油相（油酸，1-十八烯）作為介質(zhì)，故所制備的納米材料不具備親水、生物兼容等性 質(zhì)，限制了其在相關(guān)生物領(lǐng)域的應(yīng)用。所以，為了使得上轉(zhuǎn)換熒光納米材料能夠應(yīng)用于水溶 性等生物體系，需要對其進(jìn)行表面修飾，獲得高性能的親水性納米材料。
[0003] 中國發(fā)明專利（專利申請?zhí)?01410046942. 3)采用高溫配體交換的方法，將聚丙 烯酸修飾到油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面，所獲得的材料表面帶有大量羧基從而具有很 好的水分散性。
[0004] 美國《美國化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society，2008 年，第 130卷，第3023-3029頁）報(bào)道了用Lemieux-von Rudloff試劑將上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面 的油酸配體直接氧化為帶有羧基的壬二酸，使其具有水溶性。這種方法修飾的上轉(zhuǎn)換熒光 納米材料有一致的形貌、發(fā)光強(qiáng)度好，并且其表面的羧基可進(jìn)一步功能化，但是同時(shí)這種方 法也產(chǎn)生了錳的氧化物等雜質(zhì)，而且產(chǎn)率偏低。
[0005] 英國《化學(xué)通訊》(Chemical Communications，2010年，第 46卷，第 5551-5553 頁）， 利用環(huán)糊精分子具有較大的疏水內(nèi)腔，可以將材料表面的油酸分子自組裝進(jìn)入環(huán)糊精疏水 的內(nèi)腔的方法，將油相中的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料轉(zhuǎn)移至水相中，此法雖操作簡便，但該法須 使用較為昂貴的1-金剛烷乙酸作為客體方能將環(huán)糊精組裝至材料表面，成本較高。
[0006] 美國《納米快報(bào)》(Nano letters, 2011年，第11卷，第835-840頁）提供了一種疏 水性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法。其主要是采用酸處理去除油溶性納米材料表面 的油酸配體，從而得到水分散性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料，該法雖然簡單易行，但是所獲得的 材料熒光發(fā)生了較大程度的淬滅。
[0007] 英國《納米尺度》(Nanoscale，2012年，第4卷，第6065-6071頁）采用反相微乳法 將二氧化硅包覆在疏水性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面，獲得了可在水中分散較好并具有生物 相容性的納米材料，該法目前較為成熟，被廣泛應(yīng)用于油溶性納米材料的表面改性，但操作 過程略微繁瑣，特別是容易聚集，不能較長時(shí)間穩(wěn)定在水溶液中。
[0008] 英國《化學(xué)新志》(New Journal of Chemistry，2013,第 37 卷，第 1782-1788 頁）， 采用mPEG2_-PE (聚乙二醇-磷脂酰乙醇胺）進(jìn)行上轉(zhuǎn)換納米晶的表面改性，改性后的納米 材料可分散于水中，但由于其所用的烷基鏈?zhǔn)杷溯^短，故此法需消耗較多的聚乙二醇化 的磷脂方能獲得較好的水分散性效果，且修飾后所構(gòu)成的體系穩(wěn)定性有待增強(qiáng)。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面改性的方法，一方面要么改性后熒光 會(huì)發(fā)生較大程度的淬滅或者發(fā)生聚集而沉淀，另一方面需要昂貴的試劑、消耗較多的原料 或者產(chǎn)生一些雜質(zhì)污染環(huán)境，且產(chǎn)率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供了一種改善油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納 米材料水溶性的表面修飾方法，解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有表面修飾方法操作復(fù)雜，影響材料 突光，修飾后產(chǎn)生雜質(zhì)且改性后的材料不穩(wěn)定。
[0011] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0012] 本發(fā)明油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特點(diǎn)在于按以下步驟進(jìn) 行：
[0013] a、稱取3?169mg的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料于燒瓶中，加入0. 6?10mL的有 機(jī)溶劑，分散均勻，得到溶液A ;
[0014] b、向所述溶液A中加入10mg mPEG2K-b-PEBEP6K(聚乙二醇-聚（3-乙基）丁氧基 磷酸酯嵌段共聚物），攪拌〇. 5h?2h，得到反應(yīng)液B ;
[0015] c、向所述反應(yīng)液B中加入0. 6?100mL的去離子水，攪拌0. 5?24h，得到反應(yīng)液 C；
[0016] d、將所述反應(yīng)液C在20?100°C下加熱，去除所述反應(yīng)液C中的有機(jī)溶劑，得到反 應(yīng)液D ;
[0017] e、將所述反應(yīng)液D進(jìn)行離心分離，去除反應(yīng)液D中液體，所得沉淀烘干，即完成所 述油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。
[0018] 本發(fā)明油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特點(diǎn)也在于：所述油溶性 上轉(zhuǎn)換熒光納米材料為單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料或核殼結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒 光納米材料。
[0019] 所述油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的直徑為18?333nm。
[0020] 所述有機(jī)試劑為三氯甲烷、環(huán)己烷或四氫呋喃。
[0021] 步驟e所述離心分離的轉(zhuǎn)速為8000?14600轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為5?20min。
[0022] 所述的核殼結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料可以采用中國發(fā)明專利（專利申請 號(hào)20141043370. 0)所述之法制備；
[0023] 所述的 mPEG2K-b_PEBEP6K 嵌段共聚物采用 Polyphosphoester-Based Nanoparticles with Viscous Flow CoreEnhanced Therapeutic Efficacy by Improved Intracellular DrugRelease (Y. C. Ma, J. X. Wang, W. Tao, H. S. Qian, X. Z. Yang, ACS applied materials & interfaces 2014, 6, 16174-16181)所述之法制備。
[0024] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0025] 1、本發(fā)明所提供的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，通過簡單的攪 拌、離心分離即可獲得水溶性非常好的納米材料，并且其在與生物體系類似的緩沖液中也 具有很好的分散性；
[0026] 2、本發(fā)明方法，使用較少量的聚合物便可以獲得較大濃度的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料 水溶液，與同等濃度有機(jī)相內(nèi)的納米粒子相比較，熒光無明顯淬滅，且材料形貌未受明顯影 響；
[0027] 3、本發(fā)明所獲得的水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料低毒且無其它污染性雜質(zhì)產(chǎn) 生；
[0028] 4、本發(fā)明方法所修飾的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料由于具有很好的水溶性，生物相容性 且細(xì)胞毒性低，在生物成像、光動(dòng)力療法等生物領(lǐng)域有較為廣泛的潛在應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為所制備的不同尺寸的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透射電鏡圖；
[0030] 圖2為所合成的共聚物mPEG2K-b_PEBEP6K的核磁共振譜圖；
[0031] 圖3為實(shí)施例1表面修飾前后上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的熒光光譜；
[0032] 圖4為實(shí)施例1表面修飾后水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透射電鏡圖；
[0033] 圖5為實(shí)施例1表面修飾后水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料在水（圖5 (a))及PBS 緩沖液（pH = 7. 4,0? 02mol/L)(圖5 (a))中分散情況；
[0034] 圖6為實(shí)施例1表面修飾后水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料在水（圖6 (a))及PBS 緩沖液（pH = 7. 4,0? 02mol/L)(圖6 (b))中的熒光照片。 具體實(shí)施例
[0035] 本發(fā)明下述實(shí)施例中所使用的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料采用如下方法制備：
[0036] 1、粒徑為18nm的NaYF4:Yb，Er單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法
[0037] 稱取 0? 1562g YCl3、0.0503g YbCl3、0.0055g ErCl3 于三口燒瓶中，加入 3mL 的油 酸和17mL的十八烯，攪拌均勻。加熱至160°C，保溫0. 5h，自然冷卻至室溫，逐滴加入10mL 溶有0. 1482gMy^P0. lg NaOH的甲醇溶液，攪拌0. 5h，緩慢加熱除去甲醇，100°C下抽真空 lOmin，再將混合溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)流下加熱到300°C，保溫lh，即得NaYF 4: Yb, Er單層結(jié)構(gòu)油 溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料；將上述步驟制備出的分散于十八烯中的NaYF4:Yb，Er單層結(jié)構(gòu) 油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料離心后所獲得的固體產(chǎn)物用環(huán)己烷洗滌3次，烘干備用。所得 NaYF 4:Yb，Er單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透射電鏡圖如圖1(a)所示，從圖中可 以看出樣品粒徑約為18nm。
[0038] 2、粒徑為34nm的NaYF4:Yb，Er，Nd單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方 法
[0039] 稱取 0? 1367g YC13、0. 078g YbCl3、0. 0013g ErCl3、0. 0038g NdCl3 于三口燒瓶中， 加入lOmL的油酸和18mL的十八烯，攪拌均勻。加熱至150°C，保溫0. 5h，自然冷卻至室 溫，逐滴加入10mL溶有0. 1482g NH4F和0. lg NaOH的甲醇溶液，攪拌0. 5h，緩慢加熱除 去甲醇，100°C下抽真空lOmin，再將混合溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)流下加熱到300°C，保溫lh，即得 NaYF 4:Yb，Er，Nd單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料；將上述步驟制備出的分散于十八烯 中的NaYF4:Yb，Er，Nd單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料離心后所獲得的固體產(chǎn)物用環(huán) 己烷洗滌3次，烘干備用。所得NaYF 4: Yb，Er，Nd單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透 射電鏡圖如圖1(b)所不，，從圖中可以看出樣品粒徑約為34nm。
[0040] 3、40nm的NaYF4:Yb，Er，Nd@NaYF4:Nd核殼結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備 方法
[0041] a、在反應(yīng)器A中加入10mL的油酸，并加入0. 273g ￥(：13和0. 0716g NdCl3，攪拌 均勻，設(shè)置溫度在80°C，保溫0. 5h，形成透明清液A，自然冷卻至室溫，獲得油酸復(fù)合物前驅(qū) 體；
[0042] b、稱取 0? 1367g YCl3、0.078g YbCl3、0.0013g ErCl3 和 0.0038g NdCl3 于反應(yīng)器 B中，加入4mL的油酸和lOmL的十八烯，攪拌均勻。加熱至150°C，保溫lh，使稀土氯化物 完全溶解到油酸和十八烯的混合溶液中，形成透明清液B，自然冷卻至室溫，逐滴加入溶有 0. 3561gNH4F和0. 4g NaOH的甲醇溶液7mL，攪拌使其在常溫下反應(yīng)lh，然后將其加熱至 70°C，保溫lh以除去甲醇，將混合溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)流下加熱到320°C，保溫2h，獲得核層反 應(yīng)液；
[0043] c、在320°C下，將2mL油酸復(fù)合物前驅(qū)體注射至14mL核層反應(yīng)液中，再保溫lh，自 然冷卻至室溫，即得NaYF 4:Yb，Er，Nd_aYF4:Nd核殼結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料；將上 述步驟制備出的分散于十八烯中的納米材料離心后所獲得的固體產(chǎn)物分散到環(huán)己烷中備 用。所制備的NaYF 4: Yb，Er，Nd_aYF4:Nd核殼結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透射電鏡 圖如圖1(c)所示，從圖中可以看出樣品粒徑約為40nm。
[0044] 4、粒徑為333nm的NaYF4:Yb，Er單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法
[0045] 稱取 0? 1562g YCl3、0.0503g YbCl3、0.0055g ErCl3 于三口燒瓶中，加入 3mL 的油 酸和17mL的十八烯，攪拌均勻。加熱至160°C，保溫0. 5h，自然冷卻至室溫，逐滴加入10mL 溶有0. 1482§順/和0. lg NaOH的甲醇溶液，攪拌使0. 5h，緩慢加熱除去甲醇，120°C下抽 真空20min，再將混合溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)流下加熱到300°C，保溫lh，即得NaYF 4:Yb, Er單層 結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料；將上述步驟制備出的分散于十八烯中的NaYF4:Yb，Er油 溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料離心后所獲得的固體產(chǎn)物用有機(jī)溶劑洗滌3次，烘干備用。所得 NaYF 4:Yb，Er單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的透射電鏡圖如圖1(d)所示，從圖中可 以看出樣品粒徑約為330nm。
[0046] 本發(fā)明下述實(shí)施例中所使用的聚乙二醇-聚（3-乙基）丁氧基磷酸酯嵌段共聚物 (mPEG 2K-b-PEBEP6K)采用以下方法制備：
[0047] a、通過三氯化磷與乙二醇反應(yīng)合成2-氯-2-氧-1，3, 2-二氧磷雜環(huán)戊烷（COP)
[0048] 在1000mL的三口圓底燒瓶中，將3. Omol三氯化磷溶于500mL無水二氯甲烷中，緩 慢滴入3. Omol乙二醇，待全部滴完后，繼續(xù)反應(yīng)0. 5小時(shí)，減壓下蒸去溶劑，連續(xù)減壓蒸餾 兩次將產(chǎn)物蒸出（50°C，200Pa)。將產(chǎn)物溶解在苯中，通入02反應(yīng)48小時(shí)，減壓下蒸出溶劑 苯，再于減壓下連續(xù)蒸餾兩次將產(chǎn)物蒸出（88-89°C，20Pa)，在隊(duì)氣氛下于1°C冰箱中封存。
[0049] b、通過2-氯-2-氧-1，3, 2-二氧磷雜環(huán)戊烷（C0P)與2-乙基-1- 丁醇反應(yīng)合成 2- (2-乙基丁氧基）_2_氧-1，3, 2-二氧憐雜環(huán)戊燒（EBEP)
[0050] 在一個(gè)干燥的1000mL三口燒瓶中，用注射器依次加入0? 3mol 2-乙基-1-丁醇， 0. 3mol三乙胺和500mL四氫呋喃，將體系冷卻到-5°C后，邊攪拌邊用恒壓滴液漏斗緩慢加 入100mL溶有0. 154mol C0P的四氫呋喃溶液，約1小時(shí)滴完，在-5°C下再反應(yīng)24小時(shí)。將 白色的三乙胺鹽酸鹽沉淀物過濾，真空抽掉溶劑，減壓蒸餾兩次（120°C，20Pa)，獲得純凈的 EBEP。
[0051] c、通過聚乙二醇（PEG)與 EBEP 反應(yīng)合成 m-PEG2K-b-PEBEP6K
[0052] 將 0? 507g PEG(Mn = 5000g/mol)和 1. 157g EBEP 溶于 9. lmL 四氫呋喃中，在燒杯 中攪拌20min后，加入26mg催化劑157-三疊氮雙環(huán)（4. 4. 0)癸-5-烯（TBD)，常溫下反應(yīng) 2.5min，加入0.036g苯甲酸以終止反應(yīng)，將上述混合物用乙醚/甲醇（10/1，v/v)，沉淀兩 次，抽干備用，得到共聚物mPEG2K-b-PEBEP6K。
[0053] 如圖2所示，經(jīng)1HNMR表征，所制備的mPEG2K-b-PEBEP 6K結(jié)構(gòu)如式（1)所示：
[0054]

【權(quán)利要求】
1. 一種油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行： a、 稱取3?169mg的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料于燒瓶中，加入0. 6?10mL的有機(jī)溶 齊U，分散均勻，得到溶液A ; b、 向所述溶液A中加入10mg mPEG2K-b-PEBEP6K，攪拌0. 5h?2h，得到反應(yīng)液B ; c、 向所述反應(yīng)液B中加入0. 6?100mL的去離子水，攪拌0. 5?24h，得到反應(yīng)液C ; d、 將所述反應(yīng)液C在20?100°C下加熱，去除所述反應(yīng)液C中的有機(jī)溶劑，得到反應(yīng)液 D ； e、 將所述反應(yīng)液D進(jìn)行離心分離，去除反應(yīng)液D中液體，所得沉淀烘干，即完成所述油 溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在于： 所述油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料為單層結(jié)構(gòu)油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料或核殼結(jié)構(gòu)油溶 性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在 于：所述油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的直徑為18?333nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在于： 所述有機(jī)試劑為三氯甲烷、環(huán)己烷或四氫呋喃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面修飾方法，其特征在于： 步驟e所述離心分離的轉(zhuǎn)速為8000?14600轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為5?20min。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104449662SQ201410635290
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】錢海生, 彭煌用, 劉坤, 楊顯珠, 馬寅初 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)