CN103992792B - 钆掺杂的氧化锌纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钆掺杂的氧化锌纳米颗粒及其制备方法，将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于溶剂中加热后得到无色透明的溶液，加入0.3克的偶氮二异丁腈和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，加热，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈和100毫升0.15mol/L的碱溶液；该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。本发明的优点在于采用生物相容性较好的廉价锌材料，通过溶胶凝胶法直接合成钆掺杂的氧化锌纳米颗粒产品，降低了最终产物的生物毒性，降低了产品成本，并使得该产物具有磁共振和荧光双功能成像的应用前景。

Description

钆掺杂的氧化锌纳米颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化锌纳米颗粒及其制备方法，特别是涉及一种钆掺杂的氧化锌纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

随着生物医学研究和诊断的需要，利用纳米材料进行生物成像的技术显越来越受人们的关注。生物成像技术主要包括光学成像，核磁共振成像，超声成像和正电子成像等。由于多功能成像能提供更多研究和诊断信息，因而使得大量的研究工作者投入多功能材料的制备研究中。

目前的荧光成像（FluorescenceImaging,FI）主要是利用有机荧光染料或无机荧光纳米材料进行造影成像，具有灵敏度高，检测时间短等优势。传统的有机荧光染料易被光漂白，稳定性较差，它们的激发峰窄，特定的有机染料要求特定波长的激发光激发，发射峰宽而不对称，严重拖尾或重叠，容易相互干扰；有机染料常常是多个染料分子连接到单个生物分子上，许多常用染料的光谱性质有标记诱导效应；此外有机染料一般毒性比较大。而无机荧光纳米材料光化学稳定较好，激发峰宽，发射峰窄，呈对称高斯分布，重叠小，可用同一激发光进行多荧光颜色标记；荧光颜色可通过控制其组成和大小进行调节；无机荧光纳米材料一般通过配体化学作用进行生物交联，多个生物分子连接到一个纳米颗粒上，关于标记诱导效应的信息较少。此外，通过表面修饰的手段，可以大大的降低无机荧光纳米材料的毒性。上述特征使得无机荧光纳米颗粒在生物荧光标记应用上具有很大的优势。然而，由于无机纳米颗粒荧光发射一般需要光源激发，因此利用荧光成像对深层组织进行检测的时候存在局限性。

磁共振成像（MagneticResonanceImaging,MRI）是一种无创伤性的影像诊断手段。目前研究的MRI造影剂主要包括T₁阳性造影剂和T₂阴性造影剂。T₁阳性造影剂主要为多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物；T₂阴性造影剂主要为超顺磁性氧化铁及其衍生物。多胺多羧酸类钆(Gd)配合物及其衍生物在1988年就已经被批准作为MRI造影剂，但这类试剂弛豫率比较低，因此临床应用时需要注射大剂量的药物，这必然增加药物对生物题的毒性效应。而超顺磁性氧化铁及其衍生物在应用于磁共振和荧光双功能成像时，一般使用在超顺磁氧化铁表面修饰上有机染料，或者将其和有机染料共同包覆在壳层内，超顺磁氧化铁本身不同时具备磁共振和荧光双功能成像特性。磁共振成像可对深层组织进行成像，但灵敏度不如荧光成像。

基于磁共振成像和荧光成像具有很好的互补性质，对具有磁共振和荧光双功能成像造影剂的研究开发非常具有科学研究和临床应用价值。

文献介绍了一种采用钆掺杂氧化锌合成同时具有MRI和荧光成像的产物。该方法采用醋酸锌，醋酸钆与TMAH在乙醇中反应制得产物。但所得产物最高量子产率只有34%，因此改进合成方案提高量子产率将充分发挥了两种成像技术的优势，为研究和临床诊断提供更加可靠的信息，促进该类产品的生物医学应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种钆掺杂的氧化锌纳米颗粒及其制备方法。

一种钆掺杂的氧化锌纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的溶剂中，加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0-0.12；向甲基丙烯酸锌和钆的混合溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为60-100℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈和100毫升0.15mol/L的碱溶液；该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。

所述钆化合物为氯化钆及其水合物，或硝酸钆及其水合物，或硫酸钆及其水合物。

所述溶剂为乙醇，乙二醇，一缩二乙二醇，二缩三乙二醇中的任一种。

所述碱为氢氧化钠，氢氧化锂，氢氧化钾，氢氧化钙，氨水中的任一种。

根据上述任意一项所述的方法制备得到的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒。

本方法利用溶胶凝胶法可以直接合成出尺寸均一，分散良好的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒。该纳米粒子的内核是钆掺杂的氧化锌量子点，外壳是共聚高分子，两个组分通过共价键连接，因此具有非常好的稳定性。高分子外壳分为两层，内层是疏水的聚酯，保护钆掺杂的氧化锌不受外面水分子的进攻，外层是亲水的聚醇，使整个材料能够很好的溶解在水中。

本发明的优点在于采用生物相容性较好的廉价锌材料，通过溶胶凝胶法直接合成钆掺杂的氧化锌纳米颗粒产品，一方面，降低了最终产物的生物毒性，另一方面降低了产品成本，并使得该产物具有磁共振和荧光双功能成像的应用前景。该纳米颗粒具有亲水外层，使整个材料能很好的溶解在水中。产物合成过程绿色，不涉及高毒性有机物，也不涉及高温高压等高能手段，对合成条件要求低，操作简单易行，可进行大规模生产。

附图说明

图1为实施例1的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒的透射电镜图。

图2为实施例5的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒的透射电镜图。

图3为实施例9的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒的透射电镜图。

具体实施方式

实施例1：

将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的乙醇中，稍稍加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度约为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0.04。向甲基丙烯酸锌溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为80℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和100毫升0.15mol/L的氢氧化锂溶液。该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。

实施例2，实施例3，实施例4：

重复实施例1，但碱溶液分别调整为氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙。

实施例5：

将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的乙醇中，稍稍加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度约为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0.08。向甲基丙烯酸锌和钆的混合溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为80℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和100毫升0.15mol/L的氢氧化锂溶液。该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。

实施例6，实施例7，实施例8：

重复实施例5，但含钆化合物调整为氯化钆，硝酸钆，硫酸钆。

实施例9：

将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的乙醇中，稍稍加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度约为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0.12。向甲基丙烯酸锌和钆的混合溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为60-100℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和100毫升0.15mol/L的氢氧化锂溶液。该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。

实施例10，实施例11，实施例12：

重复实施例9，但反应溶剂分别调整为乙二醇，一缩二乙二醇，二缩三乙二醇。

实施例13：

将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的乙醇中，稍稍加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度约为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0.08。向甲基丙烯酸锌和钆的混合溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为60-100℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈（AIBN）和100毫升0.15mol/L的氢氧化锂溶液。该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物。

实施例14，实施例15，实施例16，实施例17：

重复实施例15，但调整反应温度为60℃，70℃，90℃，100℃。

Claims (2)

1.一种钆掺杂的氧化锌纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将甲基丙烯酸锌和钆化合物溶于100毫升的溶剂中，加热后得到无色透明的溶液，其中锌盐浓度为0.1mol/L；钆与锌的摩尔比为0-0.12；向甲基丙烯酸锌和钆的混合溶液中加入0.3克的偶氮二异丁腈和15毫升的甲基丙烯酸－单甲基聚乙二醇酯，一起加热反应，反应温度为60-100℃，搅拌5分钟后再加入0.3克的偶氮二异丁腈和100毫升0.15mol/L的碱溶液；该混合物在加热搅拌条件下回流1小时，用去离子水中透析提纯，最后得到水溶液产物；

所述钆化合物为氯化钆及其水合物，或硝酸钆及其水合物，或硫酸钆及其水合物；

所述溶剂为乙醇，乙二醇，一缩二乙二醇，二缩三乙二醇中的任一种；

所述碱为氢氧化钠，氢氧化锂，氢氧化钾，氢氧化钙，氨水中的任一种。

2.根据权利要求1所述的方法制备得到的钆掺杂的氧化锌纳米颗粒。