[发明专利]一种上转换纳米材料的合成和修饰方法

说明书

本发明公开了一种上转换纳米材料的合成与修饰方法。采用热分解法制备粒径均匀的上转换纳米材料；其次，将纳米颗粒外包裹介孔二氧化硅进行表面修饰，形成核壳纳米颗粒，构造亲水性结构；最后，在多孔纳米颗粒上搭载光敏剂和叶酸，使其具有光动力杀伤和体外靶向肿瘤细胞的功能。本发明使用穿透能力强的近红外光激发，使得癌细胞产生大量活性氧起到抑制癌症的作用，实现光动力学治疗杀灭肿瘤细胞，并减少细胞和生物组织的损伤。

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，尤其涉及了一种上转换纳米材料的合成和修饰方法。

背景技术

光动力学治疗(PDT)是现代医学治疗癌症和肿瘤的一种有效手段，其具有靶向性高、无毒性以及微创性等优点。同时，可以通过修改参数，如波长、强度和曝光时间，达到增加或改变控制程度的目的，由此可有效解决治疗中的安全性和特异性问题。PDT对肿瘤的杀伤机制较为复杂，光敏剂的种类、组织生物学特性以及光敏剂与肿瘤相结合的状态等因素都会对其杀伤效果造成影响。由于肿瘤组织高吸收和低代谢的特性，光敏性物质进入人体后，会优先在肿瘤组织处吸收并聚积。光敏剂受到相应波长(例如可见光、紫外光或近红外光)光照射，激活后由基态变成激发态，该过程可以产生大量单线态氧和自由基。活性氧与多种生物大分子相互作用后产生细胞毒性，破坏甚至杀灭肿瘤细胞破坏，达到治疗目的。

但是传统的光动力学疗法存在着以下问题，限制了其在医学上的应用。1)卟啉衍生物是现阶段常用的光敏剂，其缺乏对肿瘤组织的靶向性，难以在肿瘤处达到一定浓度，治疗效果不明显。2)光敏剂分子多为疏水性分子，在体内易团聚，难以传输到肿瘤处。

发明内容

针对传统制备技术中存在的不足，加以改进，本发明提供了一种上转换纳米材料的合成与修饰方法。合成的纳米颗粒形状均匀，发光效率高。本发明以介孔二氧化硅包裹的上转换纳米颗粒为载体，表面修饰叶酸和光敏剂，主要用于靶向肿瘤并杀灭肿瘤细胞，基本不会损伤正常组织细胞，是一种理想的肿瘤治疗方案。

本发明所采用的技术方案如下：一种上转换纳米材料的合成与修饰方法，该方法包括如下步骤：

(1)采用热分解法制备NaYF₄:Yb,Er,Gd上转换纳米材料，纳米材料的粒径在25～50nm之间，上转换纳米材料作为造影剂，在穿透能力强的近红外光激发下发出明亮的绿光；

(2)将步骤(1)中获得的上转换纳米材料外包裹无定形二氧化硅，并在无定形硅表面修饰介孔二氧化硅，形成核壳纳米颗粒，构造亲水性结构；

(3)将步骤(2)中获得的核壳纳米颗粒上搭载光敏剂，使其具备光动力学杀灭肿瘤细胞的能力；

(4)将步骤(3)中得到的纳米颗粒使用叶酸功能化，使其能与肿瘤细胞表面的叶酸受体结合，具备靶向肿瘤细胞的能力。

所述上转换纳米材料的微观结构表现为核壳状结构且最外层为多孔状结构，构造亲水性结构，可加载光敏剂等小分子。

所述的纳米材料用于靶向定位并杀灭宫颈癌细胞且不伤害正常组织与细胞，该过程表现出良好的光动力学效应且对正常组织细胞几乎无毒性。

作为优选，所述步骤(1)中上转换纳米材料中掺杂稀土元素Yb,Er,Gd摩尔百分比分别为25～30mol％,0.3～1mol％,30～35mol％。

作为优选，所述步骤(2)中包裹无定形二氧化硅的方法如下：向步骤(1)获得的反应液中加入正硅酸乙酯(TEOS)搅拌36～48小时，TEOS与反应液的体积比为1：20～1：25。

作为优选，所述步骤(2)中在无定形二氧化硅表面修饰介孔二氧化硅的方法如下：继续加入TEOS和C₁₈TMS，分别用于二氧化硅层制备和造孔剂，通过控制TEOS的量可自行控制二氧化硅层的厚度。