CN102406951B

CN102406951B - 一种巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料及其应用

Info

Publication number: CN102406951B
Application number: CN 201110365148
Authority: CN
Inventors: 刘庄; 程亮
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102406951A

Abstract

本发明公开了一种巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料，所述以上转换纳米材料为基底层，基底层表面设有一聚丙烯酸层，聚丙烯层表面设有一层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒，金层覆盖在该层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒层上，并且所述金层表面设有硫辛酸修饰的聚乙二醇；所述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料具有上转换成像和磁共振造影双重成像指导功能，另外在磁场的物理诱导作用下，能磁靶向到特定的部位，减少了在其他脏器中的分布，减少了在治疗过程中对其他脏器的损伤。利用表面的很强的吸收性能，可以作为光热治疗的良好试剂。结合这种成像指导下的磁靶向光热治疗，有可能在将来的临床医学和生物技术中发挥重要的作用。

Description

一种巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种基于上转换纳米材料的复合材料以及所述复合材料在制备磁共振造影试剂或成像指导下和磁靶向下的光热治疗药物的应用。

背景技术

癌症是21世纪威胁人类健康的几种重大恶性疾病之一。虽然从上世纪50年代起，数十年中大量的人力、物力、财力被投入到癌症的预防和治疗中，但在这方面人类所取得的进展依然十分有限。

纳米材料由于其独特的尺寸以及物理化学性质，在癌症的成像和治疗上有着很大的应用潜力。一方面，许多无机纳米材料具有的光学、磁学、声学等物理性质，可以被用于生物医学成像。光学纳米材料如经典的量子点和新近发展起来的上转换发光纳米颗粒被广泛地应用于生物体系的检测、追踪和成像；而磁性纳米材料在核磁共振成像（MRI）中更是从学术研究到临床上都得到了广泛的应用；另一方面，纳米材料被广泛地用作药物载体，以实现药物在肿瘤区域的被动靶向（利用肿瘤血管结构对纳米材料的富集能力）和主动靶向（利用靶分子如抗体与癌细胞的特异性结合），提高药物在肿瘤病灶部位的局部浓度并降低在其它器官中的分布，从而增强化疗的药效并减少毒性。与此同时，纳米材料的一些特殊的物理性质，如光吸收、电磁波吸收的能力以及超顺磁性也能用作一些新型癌症疗法的平台，一些作用机制更新的疗法，如光热疗法、光动力学疗法、电磁波疗法、磁热疗法等，近年来也在动物实验或临床研究中显示出很好的应用前景。

稀土是我国储量丰富的特色资源，而基于稀土纳米晶的上转换纳米材料（Upconversion nanoparticles, UCNP）的出现，给包括生命科学在内的诸多领域带来了许多新的机遇。与传统的下转换荧光不同，在上转换发光过程中，多个长波长低能量的光子可以将电子激发到一个高能态，发射出单个高能量短波长的光子. UCNP在生物光学成像中有着独特的优势：（1）近红外光激发，在生物体系中有着远优于可见光的组织穿透能力。（2）没有自发荧光的干扰（3）光稳定性好，抗光漂白能力强，有利于长时间的光学成像和追踪。稀土纳米晶的合成是我国的一个科研优势领域，国内许多课题组在稀土纳米颗粒的可控合成方面做出了大量国际领先的工作，发展了一系列基于水热、溶剂热、以及高温热分解法的稀土纳米颗粒合成的方法，该类材料的合成工艺已相对较成熟。而在稀土上转换纳米颗粒的生物医学应用方面，近年来国内外的发展也十分迅猛。国际上，美国Prasad课题组第一次在动物水平上实现了基于上转换纳米颗粒的活体光学成像，新加坡Zhang Yong课题组在基于上转换纳米材料的生物成像和光动力治疗等方面也做出了一系列具有影响力的成果。而在国内，复旦大学李富有课题组在稀土上转换纳米颗粒的生物成像研究方面做出了大量先驱性工作，首次在动物体内实现了上转换纳米颗粒的肿瘤靶向和多模态成像，国内其他许多课题组在稀土纳米材料的生物应用方面也具有相当好的工作基础。

目前有关UCNP在生物成像方面应用的实例很多，但是用于成像指导下癌症的早期诊断与治疗还没有人提出。目前报道比较多的是将一些靶向分子结合到药物的表面达到治疗的效果，但是会带来具大的杀伤作用。因此为了更好的使UCNP在生物医学尤其在癌症的诊断与治疗方面发挥更好的作用，十分有必要发明一种磁靶向下多模式成像光热治疗。

另外，现有技术中，癌症的主要治疗手段包括手术、化疗和放疗，它们都具有各自的局限性：手术往往难以将体内所有的癌细胞完全清除，尤其在癌细胞发生转移的情况下愈发困难；化疗和放疗都是对癌细胞和正常细胞无区别或区别不大地毒杀，具有很大的毒副作用并可能诱导癌细胞的抗药性。

因此，如何有效地改进现有的治疗方法（如磁靶向用于化疗和放疗），开发新型作用机制的疗法（如光热疗法等）成为现阶段癌症治疗领域的重要课题，因此，需要研发一种能在成像指导下和磁靶向下的光热治疗药物，从而可以更准确，更具有针对性地对病灶部位进行治疗，从而达到更好的治疗效果。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于上转换纳米材料的复合材料，即巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料，以及所述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料在制备磁共振造影试剂或成像指导下和磁靶向下的光热治疗药物的应用。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料，所述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料由一上转换纳米材料层、一聚丙烯酸层、多巴胺（DA）修饰的四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性颗粒、一金层构成；以上转换纳米材料为基底层，基底层表面设有一聚丙烯酸层，聚丙烯层表面设有一层多巴胺（DA）修饰的四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性颗粒，金层覆盖在该层多巴胺（DA）修饰的四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性颗粒层上，并且所述金层表面设有硫辛酸修饰的聚乙二醇；

其中，所述上转换纳米材料为NaYF₄:Yb,Er；所述多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒粒径为5～6nm；所述金层的厚度为2～3nm。

上述技术方案中，所述上转换纳米材料为NaYF₄:Yb,Er，Y钇、Yb镱和Er铒的摩尔比为78∶20∶2；所述上转换纳米材料为六面体（Cubic）结构，并且上表面和下表面之间的距离为180nm，通常认为所述上转换纳米材料的粒径为180nm。

上述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 制备上转换纳米材料，以上转换纳米材料为基底层，在基底层表面设置一聚丙烯酸层，得表面设有一聚丙烯酸层的上转换纳米材料；

(2) 在聚丙烯层表面设置一层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒，得到复合材料A；

(3) 在复合材料A中的多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒层上覆盖一层金壳层，形成光磁复合纳米颗粒；

(4) 在所述金壳层表面设置硫辛酸修饰的聚乙二醇，得到巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料。

上述技术方案中，在上转换纳米材料基底层表面设置一聚丙烯酸层的方法参见（Xiong, L.; Yang, T.; Yang, Y.; Xu, C.; Li, F., Long-term in vivo biodistribution imaging and toxicity of polyacrylic acid-coated upconversion nanophosphors. Biomaterials 2010, 31, 7078-7085）；具体包括以下步骤：

（1）以稀土氧化物氧化钇、氧化镱、氧化铒为起始原料，在三氟乙酸的作用下分别转换成相应的三氟乙酸盐；

（2）将三氟乙酸钇、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒、三氟乙酸钠加入溶剂，在惰性气体氛围中，于140～320℃反应1.5～2.5h；反应结束后冷却，然后加入沉淀剂乙醇，得到沉淀并洗涤，即得所述上转换纳米材料NaYF₄:Yb,Er；

（3）将聚丙烯酸加入一缩二乙二醇中加热溶解，然后在惰性气体氛围下，加入所述上转换纳米材料的甲苯溶液，于120～245℃反应2～3h；反应结束后洗涤，即得表面设有一聚丙烯酸层的上转换纳米材料；

其中，步骤（1）中，按照Y钇、Yb镱和Er铒的摩尔比为78∶20∶2的比例投料，并且优选地，三氟乙酸钇、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒的总物质的量与三氟乙酸钠的物质的量的比为1∶2；

步骤（2）中，所述溶剂为等体积比的油酸和碳十八烯的混合物；优选地，先在140℃反应1h，再缓慢升温320℃反应1h；反应后冷却至80℃；

步骤（3）中，聚丙烯酸的数均分子量优选为1800；优选的反应过程为先在120℃反应1h,然后缓慢升温到245℃反应1.5h。

上述技术方案中，多巴胺（DA）修饰的四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性颗粒的制备请参见文献（Sun, S.; Zeng, H.; Robinson, D. B.; Raoux, S.; Rice, P. M.; Wang, S. X.; Li, G., Monodisperse MFe₂O₄ (M) Fe, Co, Mn) Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 273-279.）；由于多巴胺带有正电荷，而聚丙烯酸带有负电荷，因此，可以通过静电吸附作用，聚丙烯酸修饰的上转换纳米材料吸附多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒；具体包括以下步骤：将多巴胺溶解在水中，并缓慢加入到四氧化三铁的THF溶液中，超声后快速搅拌（搅拌速度为900转/分钟），然后14800转/分钟高速离心，得到多巴胺修饰的四氧化三铁纳米颗粒；将多巴胺修饰的四氧化三铁纳米颗粒加入到聚丙烯酸修饰的上转换纳米材料的溶液中超声，然后搅拌，通过静电作用，采用层层自组装技术（LBL）制备得到一种在带有负电荷的聚丙烯酸（PAA）修饰的上转换纳米材料的表面吸附一层带正电的多巴胺修饰的磁性四氧化三铁纳米颗粒的复合材料。

上述技术方案中，在多巴胺（DA）修饰的四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性颗粒层上覆盖金层的方法为：在上述复合材料A的溶液中加入金的晶种，搅拌，使复合材料A中带正电的多巴胺上吸附带负电荷的金的晶种，然后加入金的生长溶液，诱导生成一层2～3 nm的金壳层，从而形成光磁复合纳米颗粒(MFNP)。其中，金晶种和金的生长溶液按文献合成，具体请参见（Zhang, H.; Li, Y.; Ivanov, I. A.; Qu, Y.; Huang, Y.; Duan, X., Plasmonic Modulation of the Upconversion Fluorescence in NaYF4:Yb/Tm Hexaplate Nanocrystals Using Gold Nanoparticles or Nanoshells. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2865-2868.）。

上述技术方案中，通过层层自组装的方法，在带有负电荷的聚丙烯酸（PAA）修饰的UCNP纳米晶的表面吸附一层带正电的多巴胺（DA）修饰的磁性四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒，然后再在材料表面吸附上带负电荷的金纳米晶种（Au seed）以诱导生成一层2～3 nm的超薄金壳层(Au shell)。

上述合成的光磁复合纳米颗粒MFNP表面由金壳层覆盖，因此，可以采用巯基化学的方法来修饰光磁复合纳米颗粒MFNP，具体包括以下步骤：将硫辛酸修饰的聚乙二醇（LA-PEG）加入到光磁复合纳米颗粒（MFNP）的溶液中，搅拌20～40分钟，离心除去过量的反应试剂，得到巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的水溶液。离心冻干，得到巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料固体粉末。其中，硫辛酸修饰的聚乙二醇（LA-PEG）按照文献合成，具体请参见（Cheng, L.; Yang, K.; Li, Y.; Chen, J.; Wang, C.; Shao, M.; Lee, S.-T.; Liu, Z., Facile preparation of multifunctional upconversion nanoprobes for multi-modal imaging and dual-targeted photothermal therapy. Angew. Chem. Int. Ed 2011, 50, 7385-7390.）。

上述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料由于具有四氧化三铁层和2～3nm的金壳层（厚度很小，淬灭现象很小）而具有强的上转换发光、优异的磁学性能、以及近红外区金的表面等离子光吸收，可以用于上转换光学成像和核磁共振造影双模式医学成像，同时其在近红外区光吸收的性质也可用于癌细胞的光热治疗；表面的巯基聚乙二醇高分子可以起到修饰材料的作用，使其很好的均匀分散中溶液中；并且在外加磁场的作用下，上述基于上转换纳米材料的复合材料能够准确地在活体特定的部位进行富集，可以通过磁共振造影技术和上转换光学成像技术进行诊断与药物的监测；然后在激光的照射下达到肿瘤消除而且不再生长的目的。

因此，本发明要求保护上述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料在制备上转换光学成像和核磁共振造影双模式医学成像试剂中的应用。

同时，本发明还要求保护上述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料在制备用于癌细胞的光热治疗药物中应用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明所合成的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料(MFNP)制备方法非常简单，通过电荷之间的层层自组装技术可以完成，并且同时具有多种功能，如：上转换发光成像，磁共振成像与磁靶向和光吸收，而且水溶性良好。

2. 应用本发明所合成的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料(MFNP)时，通过磁靶向的作用能够快速准确的在特定的部分进行富集再进行光热治疗，效果显著，不会对其他的部位造成损伤，治愈后不复发，是目前现有技术所不能达到的。

3．应用本发明所合成的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料(MFNP)时，通过多模式成像可以对癌症的早期诊断（磁共振造影技术）和药物的监测（上转换发光成像和磁共振造影双模式）和治愈后（上转换发光成像和磁共振造影双模式进行实时监测，可以给出合理的治疗计划，可应用在临床技术中。

附图说明

图1是实施例一中合成光磁复合纳米材料的流程示意图；

图2是实施例一中所合成的上转换纳米材料（NaYF4:Yb,Er）的透射电镜（TEM）图片和元素能谱分析（EDS）以及表面修饰前后的红外（FTIR）光谱；

图3是实施例一中的合成的四氧化三铁的TEM图片和多巴胺修饰后分散中水溶液中的光学图片；

图4是实施例一中所得的MFNP纳米颗粒的扫描电镜照片和透射电镜照片；

图5是实施例一中巯基聚乙二醇修饰的MFNP 分散在水溶液中及其紫外吸收光谱；

图6是实施例二中巯基聚乙二醇修饰的MFNP的上转换发光成像和磁共振造影成像；

图7是实施例三中巯基聚乙二醇修饰的MFNP在激光照射下的升温曲线；

图8 是实施例四中巯基聚乙二醇修饰的MFNP通过尾静脉注射到小鼠体内的血液循环图；

图9是实施例五中在巯基聚乙二醇修饰的MFNP通过尾静脉注射到小鼠体内磁靶向到肿瘤部位的上转换发光成像和磁共振造影成像；

图10是实施例六中磁靶向下的光热治疗实验结果图；

图11是实施例七中的巯基聚乙二醇修饰的MFNP在小鼠体内长期的生物分布及其毒性研究。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

如图1 所示，制备以UCNP为基底的光磁复合纳米材料（MFNP），具体包括以下步骤：

(1)以氧化钇，氧化镱，氧化铒为起始原料，在三氟乙酸的作用下各自转换成对应的三氟乙酸盐，然后通过高温热分解的方法合成上转换纳米晶（UCNP），具体步骤为：在50ml三颈烧瓶中，按照Y∶Yb∶Er=78∶20∶2的摩尔比例加入1 mmol的三氟乙酸盐，另外加入2mmol的三氟乙酸钠，再加入20ml油酸和20ml碳十八烯。在氮气的保护作用下先加热到140℃维持1 h，然后缓慢升温到320℃反应1h，整个过程一直用氮气保护着。反应结束后待冷却到80℃加入50 ml乙醇，用环己烷和乙醇各离心洗涤四次，最后分散在5 ml甲苯中，得到UCNP甲苯溶液，其中UCNP表面含有大量的疏水性的高分子油酸（OA）。接着在另外一个50ml三颈烧瓶中将300mg 聚丙烯酸（分子量1800）加入到30 ml 一缩二乙二醇中加热到120℃并用氮气保护，然后加入上述合成的UCNP 甲苯溶液维持120℃1h，然后缓慢升温到245℃反应1.5h。UCNP表面上的高分子油酸可以完全被被聚丙烯酸（PAA）所取代下来，反应结束后用1∶1 的乙醇/水反复洗涤三次，备用，得到表面修饰聚丙烯酸的UCNP；Zeta 检测其电位为-40mV。

对合成的UCNP进行表征，图2a是合成产物的TEM图片，表明UCNP纳米片的直径在180纳米，元素能谱表征(图2b)含有主要的元素Na、F、Y、Yb、Er、C、O和Cu元素主要来自基底。红外数据表明（图2c 和图2d）合成的UCNP表面含有OA 分子，经过取代之后，表面被PAA所修饰。

(2) 按照文献（Sun, S.; Zeng, H.; Robinson, D. B.; Raoux, S.; Rice, P. M.; Wang, S. X.; Li, G., Monodisperse MFe2O4 (M) Fe, Co, Mn) Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 273-279.）合成四氧化三铁纳米颗粒（IONP, 直径为5~6 纳米），并分散在四氢呋喃（THF）中；50 mg多巴胺（DA）溶解在1ml水中，并缓慢加入到四氧化三铁的THF溶液中，超声1h后快速搅拌5h；14800转/分钟高速离心，得到DA修饰的Fe₃O₄纳米颗粒（DA修饰的IONP），Zeta 检测其电位为+20 mV。

对合成的产物进行电镜表征，图3是DA修饰的IONP分散在水溶液中的TEM图片，可以看出直径分布均匀，大小在5 nm。图3右上角的插图是2mg/ml的DA修饰的IONP分散中水溶液中的光学照片，从中可以看出分散性很好。

采用层层自组装技术（LBL）制备光磁复合纳米材料（MFNP），具体包括以下步骤：将200 μL DA修饰的IONP （1mg/ml）加入到4ml 聚丙烯酸修饰的UCNP (1 mg/ml)中超声1h，并磁力搅拌5h，离心除去过量的DA修饰的IONP，得到UCNP-IONP纳米复合结构，命名为复合材料A。

(3) 按照文献（Zhang, H.; Li, Y.; Ivanov, I. A.; Qu, Y.; Huang, Y.; Duan, X., Plasmonic Modulation of the Upconversion Fluorescence in NaYF4:Yb/Tm Hexaplate Nanocrystals Using Gold Nanoparticles or Nanoshells. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2865-2868.）制备金晶种和金的生长溶液；然后再1 ml 复合材料A（UCNP-IONP纳米复合材料）溶液加入10 ml Au晶种并搅拌4h，离心除去过量的Au 晶种，然后加入5 ml Au的生长溶液，40 μl还原试剂甲醛（29%）逐滴加入，溶液的颜色由褐色变为酒蓝色，表明在复合材料A的表面形成了Au的壳层，即得功能复合纳米材料（MFNP）。

对上述MFNP进行形貌表征分析 (扫描电镜SEM和透射电镜TEM)得图4，从图可知，采用层层自主装技术能大量合成尺寸均匀的MFNP（图1a，SEM），从TEM 图中可以看出IONP有机的组装在UCNP 表面，高倍镜下可以看出Au 壳层（2~3 纳米）将整个UCNO-IONP包裹住。

(4) 采用巯基聚乙二醇修饰MFNP，具体包括以下步骤：

上述MFNP表面由Au壳层覆盖，因此，可以采用巯基化学的方法来修饰MFNP。

按照文献（Cheng, L.; Yang, K.; Li, Y.; Chen, J.; Wang, C.; Shao, M.; Lee, S.-T.; Liu, Z., Facile preparation of multifunctional upconversion nanoprobes for multi-modal imaging and dual-targeted photothermal therapy. Angew. Chem. Int. Ed 2011, 50, 7385-7390.）合成硫辛酸修饰的聚乙二醇（LA-PEG），然后将30 mg LA-PEG加入到 5 ml (1mg/ml UCNP) MFNP的水溶液中，搅拌0.5h，离心除去过量的反应试剂，分散在水溶液中并测其吸光度。

结果如图5 所示，LA-PEG 修饰的MFNP 在水溶液中具有很好的水溶性（图5a），在生理盐水中或者是血清中同样也具有很好的水溶性和稳定性。紫外-吸收数据（图5b）数据表面在540纳米处居于很强的光学吸收，和Au的等离子体峰接近，可以将MFNP 应用在光热治疗中。

实施例二：

巯基聚乙二醇修饰的MFNP的上转换发光成像和磁共振造影成像测试：将LA-PEG修饰的MFNP从高到低依次稀释成不同的浓度梯度（0.32mg/L, 0.128 mg/L, 0.064mg/L, 0.032mg/L, 0.0064mg/L），在小动物成像系统(CRI)上测其上转换发光成像，并在磁共振成像系统上（Bruker）测其磁共振造影成像。

结果如图6所示，随着LA-PEG 修饰的MFNP浓度逐渐增加，上转换发光信号越来越强，而磁共振造影成像越来越黑。通过测定其T₂值，呈线性关系变化，可以用作磁共振造影试剂。并且通过比较上转换发光成像的灵敏度要比磁共振造影高，而后者的穿透能力很强，可以为癌症的早期诊断与治疗提供很好的保证。

实施例三：

巯基聚乙二醇修饰的MFNP在激光照射下的升温曲线测试：2 ml LA-PEG 修饰的MFNP（1mg/ml）溶液置于比色皿中，808 纳米的激光（功率为1W/cm²）直接照射在样品上，激光头和样品之间的距离是7 cm，利用温度探测仪测其温度变化曲线。

结果如图7 所示，在5 分钟之内， 1 mg/ml的LA-PEG 修饰的MFNP 在激光的照射下温度从室温25度迅速升高到48度，而对照组水温度基本上没有发生变化。这样比较强的光学吸收性质可以作为光热治疗的材料。

实施例四：

巯基聚乙二醇修饰的MFNP通过尾静脉注射到小鼠体内的血液循环行为试验：将LA-PEG 修饰的MFNP 通过尾静脉注射到小鼠体内，注射剂量为50mg/Kg，按照不同的时间点从小鼠静脉取出大约10μl新鲜的血液，称重并溶解在400μl血液溶解液中（1%SDS，1%曲拉通-100，40mMTris缓冲溶液），待溶解完之后，取出100μl血液溶解液用王水进行消化2h，定容至10ml，用等离子体发射光谱检测其中Y³⁺离子的含量。

结果如图8所示，血液循环曲线符合二阶模型。第一个半衰期时间为：(t_1/2)=4.75 ± 2.21 min (t_1/2)，第二个半衰期时间为：(t_1/2’)= 99.63 ± 15.28 min (t_1/2’)。在磁场靶向的作用下，LA-PEG修饰的MFNP经过相对比较长的血液循环会在肿瘤部位进行富集。

实施例五：

巯基聚乙二醇修饰的MFNP通过尾静脉注射到小鼠体内磁靶向到肿瘤部位的上转换发光成像和磁共振造影成像实验：

首先将小鼠气麻至昏迷状态，将LA-PEG 修饰的MFNP 通过尾静脉注射到小鼠体内，并将磁铁放置在背部带有肿瘤模型的小鼠身上。待2h后，撤掉磁场，在小动物成像系统(CRI)上进行上转换光学成像和在磁共振成像系统上（Bruker）进行磁共振成像（MRI）。注射同样剂量的小鼠在没有磁场靶向的作用下作为对照。

结果如图9所示，通过上转换发光成像，在磁场靶向的作用下，LA-PEG修饰的MFNP在肿瘤部位富集的号明显比没有磁场的条件下高出很多，大概在8倍左右。同样MRI 成像也显示在磁场靶向的作用下，肿瘤部位比在没有磁场的条件下要黑很多。通过上转换发光成像和磁共振造影成像可以很准确的得出在磁场的靶向作用下，LA-PEG 修饰的MFNP 在肿瘤部位很好的进行聚集。

实施例六：磁靶向下的光热治疗

选取8只背部带有4T1肿瘤的小鼠从尾静脉注射LA-PEG修饰的MFNP, 注射剂量为50mg/Kg, 待在磁场的靶向作用下，MFNP 在肿瘤部位进行富集2h后，将肿瘤部位暴露在808 纳米激光下照射5 min，激光功率为1W/cm²。另外四组背部带有肿瘤的小鼠（每组7只）做为对照组试验，分别是（1）没有进过任何处理的；（2）只有激光照射组；（3）注射同样剂量的LA-PEG修饰的MFNP在磁场靶向的作用下但是没有加激光；（4）注射同样剂量的LA-PEG 修饰的MFNP加激光但是不加磁场靶向。当处理完每组小鼠之后，小鼠背部的肿瘤体积每隔二天测量一次。

结果如图10所示，所有的肿瘤在磁场靶向的光热治疗作用下，两天后全部消除，留下一个黑色的疤点，一个星期后黑色疤点全部退去，肿瘤完全消失。而其他的对照组肿瘤在不断的生长。当肿瘤的体积超过1cm³时，认为死亡，在14天时对照组小鼠全部死亡，而在磁靶向下的治疗组在40天后仍然全部活着，并且肿瘤部位没有重新再生。

实施例七：LA-PEG修饰的MFNP在小鼠体内长期的生物分布及其毒性研究。

纳米材料的生物安全性研究是十分重要的，将LA-PEG修饰的MFNP通过尾静脉注射到小鼠体内（剂量同上），每组4只。在不同的时间点将小鼠处死，取出主要的脏器，称重，用王水和高氯酸高温溶解，定容并用等离子体发射测定其中钇离子的含量，并计算其在不同时间点的百分含量。另外在不同的时间点取出主要的脏器（肝，脾，肺）用4%甲醛固定，切片，并用苏木精和曙红染色。在徕卡光学显微镜下观察LA-PEG修饰的MFNP对主要的脏器有无损伤。

结果如图11所示，在2小时和1天这两个时间点，LA-PEG修饰的MFNP主要在肝，脾和肺中进行富集。随着时间的延长，纳米材料在各个脏器中逐渐减少，40天的时候，肝的吸收量减少了68%，脾的吸收量减少了44%，而肺的吸收量减少了86%。但是材料仍然在肝和脾中富集。

Claims

1.一种巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料，其特征在于，所述巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料由一上转换纳米材料层、一聚丙烯酸层、多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒、一金层构成；

以上转换纳米材料为基底层，基底层表面设有一聚丙烯酸层，聚丙烯酸层表面设有一层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒，金层覆盖在该层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒层上，并且所述金层表面设有硫辛酸修饰的聚乙二醇；

其中，所述上转换纳米材料为NaYF₄:Yb,Er；并且，Y钇、Yb镱和Er铒的摩尔比为78∶20∶2；所述多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒粒径为5～6nm；所述金层的厚度为2～3nm。

2. 一种制备权利要求1所述的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2) 在聚丙烯酸层表面设置一层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒，得到复合材料A；

3.根据权利要求2所述的制备巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的方法，其特征在于，步骤（1）中，在基底层表面设置一聚丙烯酸层的方法具体包括以下步骤：

A．以稀土氧化物氧化钇、氧化镱、氧化铒为起始原料，在三氟乙酸的作用下分别转换成相应的三氟乙酸盐；

B．将三氟乙酸钇、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒、三氟乙酸钠加入溶剂，在惰性气体氛围中，于140～320℃反应1.5～2.5h；反应结束后冷却，然后加入沉淀剂乙醇，得到沉淀并洗涤，即得所述上转换纳米材料NaYF₄:Yb,Er；

C．将聚丙烯酸加入一缩二乙二醇中加热溶解，然后在惰性气体氛围下，加入所述上转换纳米材料的甲苯溶液，于120～245℃反应2～3h；反应结束后洗涤，即得表面设有一聚丙烯酸层的上转换纳米材料；

其中，步骤A中，按照Y钇、Yb镱和Er铒的摩尔比为78∶20∶2的比例投料，并且三氟乙酸钇、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒的物质的量的和与三氟乙酸钠的物质的量的比为1∶2；

步骤B中，所述溶剂为等体积比的油酸和碳十八烯的混合物；

步骤C中，反应先在120℃反应1h，然后缓慢升温到245℃反应1.5h。

4. 根据权利要求2所述的制备巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的方法，其特征在于，步骤（2）中，在聚丙烯酸层表面设置一层多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒的方法具体包括：将多巴胺溶解在水中，并缓慢加入到四氧化三铁的THF溶液中，超声后搅拌，然后离心，得到多巴胺修饰的四氧化三铁纳米颗粒；将多巴胺修饰的四氧化三铁纳米颗粒加入到聚丙烯酸修饰的上转换纳米材料的溶液中超声，然后搅拌，通过静电作用，采用层层自组装技术制备得到一种在带有负电荷的聚丙烯酸修饰的上转换纳米材料的表面吸附一层带正电的多巴胺修饰的磁性四氧化三铁纳米颗粒的复合材料A。

5. 根据权利要求2所述的制备巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的方法，其特征在于，步骤（3）中，在复合材料A中的多巴胺修饰的四氧化三铁磁性颗粒层上覆盖一层金壳层的方法具体为：在步骤（2）的基础上，在复合材料A的溶液中加入金的晶种，搅拌，使复合材料A中带正电的多巴胺上吸附带负电荷的金的晶种，然后加入金的生长溶液，诱导生成一层2～3 nm的金壳层，从而形成光磁复合纳米颗粒。

6. 根据权利要求2所述的制备巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的方法，其特征在于，步骤（4）中，在所述金壳层表面设置硫辛酸修饰的聚乙二醇的方法具体包括以下步骤：将硫辛酸修饰的聚乙二醇加入到光磁复合纳米颗粒的溶液中，搅拌20～40分钟，离心除去过量的反应试剂，得到巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料的水溶液，离心冻干，得到巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米颗粒固体粉末。

7. 权利要求1所述的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料在制备上转换光学成像和核磁共振造影双模式医学成像试剂中的应用。

8. 权利要求1所述的巯基聚乙二醇修饰的光磁复合纳米材料在制备用于癌细胞的光热治疗药物中应用。