[发明专利]一种能提高单线态氧生成的稀土纳米复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种能提高单线态氧生成的稀土纳米复合材料、其制备方法及其应用，其是将油溶性的上转换发光纳米颗粒通过包覆二氧化硅的方式转为水溶性，接着继续包覆氧化锌层，形成UCNP@SiO₂@ZnO的多层结构。上转换纳米材料能够吸收近红外光能量，发生荧光共振能量转移即发射紫外以及可见光。通过SiO₂层的能量传递，ZnO层吸收紫外光，并且能够产生单线态氧。其中，与传统设计的同质上转换纳米晶相比，本发明设计的异质上转换纳米晶能够显著提高单线态氧的生成。本发明稀土纳米复合材料尺寸均一，稳定性好，生物相容性好，单线态氧生成能力提高可以满足光动力治疗的需求。

技术领域

本发明涉及纳米生物材料技术领域，具体为一种提高单线态氧生成的稀土纳米复合体系的制备方法。通过此方法制备的异质上转换纳米材料，具有核-壳-壳-壳-壳五层结构。另外通过连续包覆二氧化硅和氧化锌的方式制备一种提高单线态氧生成的稀土纳米复合体系，上转换纳米材料的异质结构可增强在紫外区的上转换发射，并且氧化锌层吸收上转换发射出的紫外光同时释放出单线态氧。

背景技术

癌症已经成为危害人类健康的疾病之一。目前主要的治疗方法是手术治疗、化学药物治疗和放射治疗等等。传统手术治疗在操作中会存在局限性，而化学药物治疗则会引起较为严重的毒副作用。

光动力治疗(PDT)作为放射治疗中的一种，是近年来新兴的一种治疗手段。具有可控性好、副作用小等优点。其原理是光敏剂在光源的激发下，活化周围的氧分子产生单线态氧，以此损伤细胞的重要结构和功能，最终达到杀害肿瘤细胞的效果。

PDT作为一种无创性的肿瘤治疗手段在癌症治疗领域引起广泛关注。在特定的波长激发下，选择合适的光敏剂可以产生具有细胞毒性的单线态氧。但由于一些有机光敏剂生物毒性高且存在着生物相容性差、穿透深度低、稳定性差等问题。

寻找新的光敏剂迫在眉睫，其中半导体型光敏剂有着巨大的发展潜力。半导体材料(TiO₂，ZnO)由于它具有低毒性、稳定性强、生物相容性良好。另外，全球面临的资源危机和环境污染问题日益严峻，光催化技术的快速发展让人们看见曙光。半导体材料的因其本身的禁带宽度大，高激子结合能在光催化降解中的应用颇为广泛。

近些年来，上转换纳米材料作为一种新型的荧光材料获得研究者们广泛的研究。它遵循反斯托思克斯定律吸收低能量光子而发射出高能量的光子，吸收近红外光区的光而发射紫外-可见光。上转换纳米粒子本身具有稳定性强、穿透深度深、背景荧光低等优点。在上转换纳米材料与半导体材料的核壳结构中，能量通过能量转移共振(FRET)，半导体材料主要吸收上转换材料紫外或者可见光的发射，通过电子-空穴对发生氧化还原反应，从而产生活性氧，使得该纳米复合材料适用于以活性物质介导的应用中。所以半导体材料与上转换纳米材料相结合，将整个体系更满足光动力治疗的实际需求，具有十分重要的意义。与此同时，将该体系运用于光催化降解染料中，为光催化降解提供一种新的参考思路。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种能提高单线态氧生成的稀土纳米复合材料、其制备方法及其应用，本发明稀土纳米复合材料采用层层包覆的结构设计，利用光敏剂ZnO在有氧环境下吸收异质上转换纳米晶发射紫外-可见光而产生单线态氧。与传统的同质上转换纳米材料相比，本发明设计可控合成的五层异质上转换纳米晶结构。异质上转换纳米晶它能够在742～983nm激发下在紫外-可见波段内产生强烈的上转换发射。这能极大提高氧化锌吸收紫外光效率，从而提升活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生的总量，以满足由ROS介导的肿瘤治疗的活性氧的需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种能提高单线态氧生成的稀土纳米复合材料，材料本身具有核-多壳的异质结构，以NaGdF₄作为核层，并且在核外部依次包覆能量发光层、能量传递层、能量捕获层、能量保护层和外层，形成稀土纳米复合材料体系；