一種油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法

2023-05-17 11:13:01

一種油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法
【專利摘要】本發明公開了一種油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在於：將油溶性上轉換螢光納米材料均勻分散在有機溶劑中，然後加入mPEG2K-b-PEBEP6K並攪拌，再加熱去除有機溶劑，最後離心分離得沉澱烘乾，即完成油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉換螢光納米材料。本發明所提供的油溶性上轉換螢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，並且其在與生物體系類似的緩衝液中也具有很好的分散性。
【專利說明】一種油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及納米材料表面修飾【技術領域】，特別是一種改善油溶性稀土上轉換螢光 納米材料水溶性的表面修飾方法。

【背景技術】
[0002] 稀土上轉換螢光納米材料由於具有低毒、螢光壽命長、很強的生物滲透深度等特 徵近年來備受關注，在光動力治療、生物成像、藥物釋放等生物領域有很大的應用潛力。但 是，由於目前合成穩定、形貌一致、發光強度高的上轉換螢光納米材料比較成熟的方法是採 用有機油相（油酸，1-十八烯）作為介質，故所製備的納米材料不具備親水、生物兼容等性 質，限制了其在相關生物領域的應用。所以，為了使得上轉換螢光納米材料能夠應用於水溶 性等生物體系，需要對其進行表面修飾，獲得高性能的親水性納米材料。
[0003] 中國發明專利（專利申請號201410046942. 3)採用高溫配體交換的方法，將聚丙 烯酸修飾到油溶性上轉換螢光納米材料表面，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《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society，2008 年，第 130卷，第3023-3029頁）報導了用Lemieux-von Rudloff試劑將上轉換螢光納米材料表面 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換螢光 納米材料有一致的形貌、發光強度好，並且其表面的羧基可進一步功能化，但是同時這種方 法也產生了錳的氧化物等雜質，而且產率偏低。
[0005] 英國《化學通訊》(Chemical Communications，2010年，第 46卷，第 5551-5553 頁）， 利用環糊精分子具有較大的疏水內腔，可以將材料表面的油酸分子自組裝進入環糊精疏水 的內腔的方法，將油相中的上轉換螢光納米材料轉移至水相中，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糊精組裝至材料表面，成本較高。
[0006] 美國《納米快報》(Nano letters, 2011年，第11卷，第835-840頁）提供了一種疏 水性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法。其主要是採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換螢光納米材料，該法雖然簡單易行，但是所獲得的 材料螢光發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）採用反相微乳法 將二氧化矽包覆在疏水性上轉換螢光納米材料表面，獲得了可在水中分散較好並具有生物 相容性的納米材料，該法目前較為成熟，被廣泛應用於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，不能較長時間穩定在水溶液中。
[0008] 英國《化學新志》(New Journal of Chemistry，2013,第 37 卷，第 1782-1788 頁）， 採用mPEG2_-PE (聚乙二醇-磷脂醯乙醇胺）進行上轉換納米晶的表面改性，改性後的納米 材料可分散於水中，但由於其所用的烷基鏈疏水端較短，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，且修飾後所構成的體系穩定性有待增強。
[0009] 綜上所述，現有的上轉換螢光納米材料表面改性的方法，一方面要麼改性後螢光 會發生較大程度的淬滅或者發生聚集而沉澱，另一方面需要昂貴的試劑、消耗較多的原料 或者產生一些雜質汙染環境，且產率較低。


【發明內容】

[0010] 本發明為解決現有技術所存在的不足之處，提供了一種改善油溶性上轉換螢光納 米材料水溶性的表面修飾方法，解決的技術問題是現有表面修飾方法操作複雜，影響材料 突光，修飾後產生雜質且改性後的材料不穩定。
[0011] 本發明為解決技術問題採用如下技術方案：
[0012] 本發明油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特點在於按以下步驟進 行：
[0013] a、稱取3?169mg的油溶性上轉換螢光納米材料於燒瓶中，加入0. 6?10mL的有 機溶劑，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，得到反應液B ;
[0015] c、向所述反應液B中加入0. 6?100mL的去離子水，攪拌0. 5?24h，得到反應液 C；
[0016] d、將所述反應液C在20?100°C下加熱，去除所述反應液C中的有機溶劑，得到反 應液D ;
[0017] e、將所述反應液D進行離心分離，去除反應液D中液體，所得沉澱烘乾，即完成所 述油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉換螢光納米材料。
[0018] 本發明油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特點也在於：所述油溶性 上轉換螢光納米材料為單層結構油溶性上轉換螢光納米材料或核殼結構油溶性上轉換熒 光納米材料。
[0019] 所述油溶性上轉換螢光納米材料的直徑為18?333nm。
[0020] 所述有機試劑為三氯甲烷、環己烷或四氫呋喃。
[0021] 步驟e所述離心分離的轉速為8000?14600轉/分鐘，離心時間為5?20min。
[0022] 所述的核殼結構油溶性上轉換螢光納米材料可以採用中國發明專利（專利申請 號20141043370. 0)所述之法製備；
[0023] 所述的 mPEG2K-b_PEBEP6K 嵌段共聚物採用 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)所述之法製備。
[0024] 與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
[0025] 1、本發明所提供的油溶性上轉換螢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，並且其在與生物體系類似的緩衝液中也 具有很好的分散性；
[0026] 2、本發明方法，使用較少量的聚合物便可以獲得較大濃度的上轉換螢光納米材料 水溶液，與同等濃度有機相內的納米粒子相比較，螢光無明顯淬滅，且材料形貌未受明顯影 響；
[0027] 3、本發明所獲得的水溶性的上轉換螢光納米材料低毒且無其它汙染性雜質產 生；
[0028] 4、本發明方法所修飾的上轉換螢光納米材料由於具有很好的水溶性，生物相容性 且細胞毒性低，在生物成像、光動力療法等生物領域有較為廣泛的潛在應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為所製備的不同尺寸的油溶性上轉換螢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為實施例1表面修飾前後上轉換螢光納米材料的螢光光譜；
[0032] 圖4為實施例1表面修飾後水溶性的上轉換螢光納米材料的透射電鏡圖；
[0033] 圖5為實施例1表面修飾後水溶性的上轉換螢光納米材料在水（圖5 (a))及PBS 緩衝液（pH = 7. 4,0? 02mol/L)(圖5 (a))中分散情況；
[0034] 圖6為實施例1表面修飾後水溶性的上轉換螢光納米材料在水（圖6 (a))及PBS 緩衝液（pH = 7. 4,0? 02mol/L)(圖6 (b))中的螢光照片。 具體實施例
[0035] 本發明下述實施例中所使用的油溶性上轉換螢光納米材料採用如下方法製備：
[0036] 1、粒徑為18nm的NaYF4:Yb，Er單層結構油溶性上轉換螢光納米材料的製備方法
[0037] 稱取 0? 1562g YCl3、0.0503g YbCl3、0.0055g ErCl3 於三口燒瓶中，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，再將混合溶液在氮氣保護流下加熱到300°C，保溫lh，即得NaYF 4: Yb, Er單層結構油 溶性上轉換螢光納米材料；將上述步驟製備出的分散於十八烯中的NaYF4:Yb，Er單層結構 油溶性上轉換螢光納米材料離心後所獲得的固體產物用環己烷洗滌3次，烘乾備用。所得 NaYF 4:Yb，Er單層結構油溶性上轉換螢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單層結構油溶性上轉換螢光納米材料的製備方 法
[0039] 稱取 0? 1367g YC13、0. 078g YbCl3、0. 0013g ErCl3、0. 0038g NdCl3 於三口燒瓶中， 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，再將混合溶液在氮氣保護流下加熱到300°C，保溫lh，即得 NaYF 4:Yb，Er，Nd單層結構油溶性上轉換螢光納米材料；將上述步驟製備出的分散於十八烯 中的NaYF4:Yb，Er，Nd單層結構油溶性上轉換螢光納米材料離心後所獲得的固體產物用環 己烷洗滌3次，烘乾備用。所得NaYF 4: Yb，Er，Nd單層結構油溶性上轉換螢光納米材料的透 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核殼結構油溶性上轉換螢光納米材料的製備 方法
[0041] a、在反應器A中加入10mL的油酸，並加入0. 273g ￥(：13和0. 0716g NdCl3，攪拌 均勻，設置溫度在80°C，保溫0. 5h，形成透明清液A，自然冷卻至室溫，獲得油酸複合物前驅 體；
[0042] b、稱取 0? 1367g YCl3、0.078g YbCl3、0.0013g ErCl3 和 0.0038g NdCl3 於反應器 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lh，然後將其加熱至 70°C，保溫lh以除去甲醇，將混合溶液在氮氣保護流下加熱到320°C，保溫2h，獲得核層反 應液；
[0043] c、在320°C下，將2mL油酸複合物前驅體注射至14mL核層反應液中，再保溫lh，自 然冷卻至室溫，即得NaYF 4:Yb，Er，Nd_aYF4:Nd核殼結構油溶性上轉換螢光納米材料；將上 述步驟製備出的分散於十八烯中的納米材料離心後所獲得的固體產物分散到環己烷中備 用。所製備的NaYF 4: Yb，Er，Nd_aYF4:Nd核殼結構油溶性上轉換螢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單層結構油溶性上轉換螢光納米材料的製備方法
[0045] 稱取 0? 1562g YCl3、0.0503g YbCl3、0.0055g ErCl3 於三口燒瓶中，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，再將混合溶液在氮氣保護流下加熱到300°C，保溫lh，即得NaYF 4:Yb, Er單層 結構油溶性上轉換螢光納米材料；將上述步驟製備出的分散於十八烯中的NaYF4:Yb，Er油 溶性上轉換螢光納米材料離心後所獲得的固體產物用有機溶劑洗滌3次，烘乾備用。所得 NaYF 4:Yb，Er單層結構油溶性上轉換螢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] 本發明下述實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)採用以下方法製備：
[0047] a、通過三氯化磷與乙二醇反應合成2-氯-2-氧-1，3, 2-二氧磷雜環戊烷（COP)
[0048] 在1000mL的三口圓底燒瓶中，將3. Omol三氯化磷溶於500mL無水二氯甲烷中，緩 慢滴入3. Omol乙二醇，待全部滴完後，繼續反應0. 5小時，減壓下蒸去溶劑，連續減壓蒸餾 兩次將產物蒸出（50°C，200Pa)。將產物溶解在苯中，通入02反應48小時，減壓下蒸出溶劑 苯，再於減壓下連續蒸餾兩次將產物蒸出（88-89°C，20Pa)，在隊氣氛下於1°C冰箱中封存。
[0049] b、通過2-氯-2-氧-1，3, 2-二氧磷雜環戊烷（C0P)與2-乙基-1- 丁醇反應合成 2- (2-乙基丁氧基）_2_氧-1，3, 2-二氧憐雜環戊燒（EBEP)
[0050] 在一個乾燥的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後，邊攪拌邊用恆壓滴液漏鬥緩慢加 入100mL溶有0. 154mol C0P的四氫呋喃溶液，約1小時滴完，在-5°C下再反應24小時。將 白色的三乙胺鹽酸鹽沉澱物過濾，真空抽掉溶劑，減壓蒸餾兩次（120°C，20Pa)，獲得純淨的 EBEP。
[0051] c、通過聚乙二醇（PEG)與 EBEP 反應合成 m-PEG2K-b-PEBEP6K
[0052] 將 0? 507g PEG(Mn = 5000g/mol)和 1. 157g EBEP 溶於 9. lmL 四氫呋喃中，在燒杯 中攪拌20min後，加入26mg催化劑157-三疊氮雙環（4. 4. 0)癸-5-烯（TBD)，常溫下反應 2.5min，加入0.036g苯甲酸以終止反應，將上述混合物用乙醚/甲醇（10/1，v/v)，沉澱兩 次，抽乾備用，得到共聚物mPEG2K-b-PEBEP6K。
[0053] 如圖2所示，經1HNMR表徵，所製備的mPEG2K-b-PEBEP 6K結構如式（1)所示：
[0054]

【權利要求】
1. 一種油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在於按以下步驟進行： a、 稱取3?169mg的油溶性上轉換螢光納米材料於燒瓶中，加入0. 6?10mL的有機溶 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，得到反應液B ; c、 向所述反應液B中加入0. 6?100mL的去離子水，攪拌0. 5?24h，得到反應液C ; d、 將所述反應液C在20?100°C下加熱，去除所述反應液C中的有機溶劑，得到反應液 D ； e、 將所述反應液D進行離心分離，去除反應液D中液體，所得沉澱烘乾，即完成所述油 溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾，獲得水溶性的上轉換螢光納米材料。
2. 根據權利要求1所述的油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在於： 所述油溶性上轉換螢光納米材料為單層結構油溶性上轉換螢光納米材料或核殼結構油溶 性上轉換螢光納米材料。
3. 根據權利要求1或2所述的油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在 於：所述油溶性上轉換螢光納米材料的直徑為18?333nm。
4. 根據權利要求1所述的油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在於： 所述有機試劑為三氯甲烷、環己烷或四氫呋喃。
5. 根據權利要求1所述的油溶性上轉換螢光納米材料的表面修飾方法，其特徵在於： 步驟e所述離心分離的轉速為8000?14600轉/分鐘，離心時間為5?20min。
【文檔編號】B82Y30/00GK104449662SQ201410635290
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】錢海生, 彭煌用, 劉坤, 楊顯珠, 馬寅初 申請人:合肥工業大學