CN107007846A - 基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法 - Google Patents

基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，包括如下步骤：利用改良的热解法制备钆离子掺杂的上转换发光纳米材料；利用旋转蒸发法制备基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料的纳米胶束。该方法简单易行，通过该胶束集磁共振成像、光学成像等优点为一体，为肿瘤的诊疗提供了新的思路。此新型纳米载体克服了以往单模态成像的弊端，可实现同步体内磁共振成像和光学成像研究，为临床应用研究提供可靠的实验研究数据及理论基础。

Description

基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法
技术领域
本发明涉及一种既可作为磁共振成像造影剂又可实现光学成像的基于上转换发光纳米材料的胶束及其制备方法。
背景技术
上转换发光纳米材料(Upconversion nanoparticles,UCNPs)可将吸收的低能量近红外光转换为高能量的可见光，对该纳米材料进行恰当的表面修饰使其具备水溶性、生物相容性和单分散性，是将其应用于生物领域的前提。磷脂作为一种双亲性分子，其亲水端由磷酸相连的取代基团组成，其疏水端由脂肪酸碳氢链组成。采用磷脂修饰有机相的上转换纳米发光材料时，其脂肪酸链通过疏水作用结合于纳米颗粒表面，而亲水端朝向外部，可形成以上转换纳米材料为核心、磷脂为外层的核壳结构。但此类修饰后的纳米材料往往体内代谢快、循环时间短，限制了其在生物领域的应用。最近涌现出一些功能型磷脂，比如长循环的PEG化磷脂，对UCNPs修饰后可使纳米材料稳定性显著增加、体内循环时间延长，同时增加了靶向性。其机制在于：(1)UCNPs外面包覆的磷脂层赋予其良好的生物相容性和生物降解性；(2)磷脂末端PEG使纳米材料在体内的循环时间延长，可增加肿瘤局部的富集和观察时间，同时增加了被动靶向能力；(3)PEG包覆可使纳米材料的表面张力减低，增加稳定性：PEG长尾端可形成空间位阻，使纳米材料在水溶液中具有较大的排斥体积，从而有效阻止聚集并确保粒子的单分散性，为实现磁共振和光学的双模态成像提供了可能。
UCNPs在近红外激发下无背景干扰、成像灵敏度高。将其用于MRI成像时，组织分辨率和空间分辨率非常理想，但灵敏度相对较低。钆离子是一种理想的T1磁共振造影剂，将钆掺杂于上转换发光纳米材料内，可使材料具有T1加权造影能力，且表面钆离子越多，MRI造影效果越好，进而可在活体水平上实现磁共振/光学成像。为稀土材料的临床应用开辟了新途径，也为上转换发光纳米材料在肿瘤纳米医药的发展提供了新的思路和方法。本发明所采纳的基于UCNPs的胶束同血浆蛋白结合明显减少，网状内皮系统清除显著下降，从而有效地增加了体内循环时间和被动靶向能力，故适合在肿瘤分子影像学领域展开更为细致的研究。
本发明的基于上转换发光纳米材料进行功能型PEG包覆的胶束，具有更好的被动靶向能力、同时可实现高灵敏度的磁共振和光学双模态成像等优点，为肿瘤的精准诊断拓宽了新的研究视野，为今后的临床应用研究提供详尽有效的实验研究数据及理论基础。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料的纳米胶束的制备方法，同时提供一种操作性良好的制备上述基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料的纳米胶束的方法。
技术方案：本发明是一种基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，该方法采用旋转蒸发法制备基于上转换发光纳米材料的胶束，具体包括以下步骤：
步骤1.称量YCl3·6H2O、YbCl3·6H2O和ErCl3·6H2O转移至反应器，再加入油酸和十八烯，通氩气剧烈搅拌状态下将上述反应体系升温至140℃～160℃；
步骤2.除去其中的水分和杂质，自然冷却至室温后，逐滴加入含有NaOH和NH4F的甲醇溶液，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤3.在通入氩气、搅拌状态下将上述混合体系升温至100℃～110℃，除去甲醇，再升温至150℃～160℃维持30min～60min，温度快速升至290℃～310℃；
步骤4.自然冷却至室温后加入乙醇洗涤沉淀获得分散于氯仿中的油酸包覆的上转换发光纳米材料OA-UCNPs；
步骤5.称量GdCl3·6H2O，并加入油酸和十八烯，通氩气剧烈搅拌状态将反应体系升温至140℃～160℃，除去其中的水分和杂质；
步骤6.自然冷却至室温后，加入步骤4制备的OA-UCNPs氯仿溶液，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤7.再通入氩气，将温度升至70℃～80℃，去除反应体系的氯仿等杂质；
步骤8.降温至常温，逐滴加入含有质量比0.006g:0.001g～0.009g:0.002g NaOH和NH4F的2ml甲醇溶液后，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤9.在通入氩气、搅拌状态下将上述混合体系升温至100℃～110℃，除去甲醇，再升温至150℃～160℃，温度快速升至290℃～310℃；
步骤10.自然冷却至室温后加入乙醇洗涤沉淀获得油酸包覆的上转换发光纳米材料OA-UCNP@Gd，并分散于氯仿中；
步骤11.将二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-DSPE-PEG2000和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-马来酰亚胺mal-PEG-DSPE，加入氯仿超声分散均匀，然后加入氯仿分散的OA-UCNP@Gd，再加入去离子水超声分散均匀；
步骤12.利用旋转蒸发仪在64℃～66℃条件下蒸发掉多余的氯仿直至澄清透明，将终反应体系用探头超声后，转至超滤管内，离心后获得基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束UCNP@Gd@DSPE-PEG，简称UCNP@PEG。
其中：
所述步骤1中称量YCl3·6H2O、YbCl3·6H2O和ErCl3·6H2O，是按照摩尔比40:8:1～40:10:1分别称量。
所述加入油酸和十八烯，是按照体积比1.5:1～2.5:1量取油酸和十八烯。
所述加入含有NaOH和NH4F的甲醇溶液，其中，NaOH和NH4F的质量比为0.3g:0.4g～0.3g:0.5g。
所述OA-UCNPs氯仿溶液中，OA-UCNPs含量为2.15mg/ml。
所述称量DSPE-PEG2000和mal-PEG-DSPE，依照摩尔比2:1～6:1称量。
所述上转换发光纳米材料氯仿溶液中，OA-UCNP@Gd浓度为4mg/ml。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
自制的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束在扫描电镜检测下呈球形，粒径均一，平均在45nm。动态光散射分析仪显示该胶束的水合粒径约为90nm。在扫描电镜视野下任意选几个视野，能谱仪证实制备的基于钆掺杂的上转换发光纳米材料胶束只含有Y、Yb、Er、Gd、F、Na与P等7种元素。程亮等采用隔氧吹干方法制备包覆上转换发光纳米材料的脂质体，步骤复杂，而本发明方法可操作性强，所用材料易制备获取。文献中制备的包被上转换发光纳米材料的脂质体其粒径均在100nm左右，而该制备方法获得的胶束粒径小于50nm。基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的水合粒径相对较小，进入机体后可大量富集在目标组织；具有良好的生物相容性，机体排斥小，无明显毒副作用。纳米医学在近年来飞速发展，基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束必将在今后的肿瘤诊断方面扮演愈发重要的角色，其在临床上得以推广使用也众望所归。本发明在制备钆离子掺杂的上转换发光纳米材料的基础上，将功能型PEG包覆纳米材料，经过系列表征和体内外成像实验，发现其具有满意的同步实现磁共振和光学双模态成像效果。
本发明的基于上转换发光纳米材料进行功能型PEG包覆的胶束，具有更好的被动靶向能力、同时可实现高灵敏度磁共振和光学成像双模态成像等优点，为肿瘤的精准诊断拓宽了新的研究视野，为今后的临床应用研究提供详尽有效的实验研究数据及理论基础。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案做进一步具体说明。
实施例1：本发明的一种既可作为磁共振成像造影剂又可实现光学成像的基于钆掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，具体步骤如下：
1)上转换发光纳米材料的制备：
采用热解法制备：①分别称量0.72807g(2.4mmol)YCl3·6H2O、0.290925g(0.54mmol)YbCl3·6H2O和0.022902g(0.06mmol)ErCl3·6H2O后转移至容积为100ml的圆底三颈烧瓶，按照体积比2:1量取45ml油酸和22.5ml十八烯，通氩剧烈搅拌状态下将反应体系升温至160℃并维持30min；②自然冷却至室温后，逐滴加入含有0.3g NaOH和0.44445gNH4F的10ml甲醇溶液，温度维持在50℃并密闭搅拌30min；③氩气氛下将体系升温至100℃敞口除去甲醇，再升温至160℃维持30min后，将温度快速升至300℃维持1h；④反应体系在通氩、搅拌状态下自然冷却至室温，然后加入30ml无水乙醇，沉淀洗涤获得分散于20ml氯仿的油酸包覆的上转换发光纳米材料OA-UCNPs。本发明方法中所采用的上转换发光纳米材料，亦可采纳其他制备方法获取，上转换发光纳米材料在本发明方法中兼具磁共振和光学成像功能的造影剂，因此其制备方法和流程并不构成对本发明保护范围的限定。
2)掺杂钆离子的上转换发光纳米材料的制备：
采用上述热解法制备。①称量0.0446g(120μmol)GdCl3·6H2O转移至容积为100ml的圆底三颈烧瓶中，按照体积比2:1量取30ml油酸和15ml十八烯，通氩剧烈搅拌状态下将反应体系升温至160℃并维持30min除去其中的水分和杂质；②自然冷却至室温后，取上述制备的OA-UCNPs氯仿溶液10ml加入反应体系后密闭搅拌30min；③然后在氩气氛、80℃反应条件、搅拌状态下敞口30min除尽氯仿；④反应体系冷却至50℃后，逐滴加入含有0.0084gNaOH和0.0124g NH4F的2ml甲醇溶液，温度维持在50℃并密闭搅拌30min；⑤通入氩气状态下，将体系升温至100℃敞口除去甲醇，再升温至160℃维持30min后，将温度快速升至290℃维持1h；⑥反应体系自然冷却至室温，加入无水乙醇，通过多次离心洗涤后获得分散于10ml氯仿的油酸包覆的掺杂钆离子的上转换发光纳米材料OA-UCNP@Gd。本发明方法中所采用的掺杂钆离子的上转换发光纳米材料，亦可采纳其他制备获取，上转换发光纳米材料在本发明方法中兼具磁共振和光学成像功能的造影剂，因此其制备方法和流程并不构成对本发明保护范围的限定。
3)采用旋转蒸发法制备基于钆掺杂的上转换发光纳米材料胶束：
依照摩尔比2:1精确称量17.42mg DSPE-PEG2000和9mg mal-PEG-DSPE，加入6ml氯仿超声分散，然后加入0.5ml OA-UCNP@Gd的氯仿溶液，加入4ml去离子水超声分散均匀后，利用旋转蒸发仪在65℃条件下50rpm旋转速度下蒸发掉多余的氯仿直至澄清透明，将最终反应体系用探头超声5min后，转至超滤管内，20min 5000g离心后获得UCNP@Gd@DSPE-PEG(UCNP@PEG)。
实施例2：
依照摩尔比4:1精确称量38.84mg DSPE-PEG2000和9mg mal-PEG-DSPE，并加入6毫升氯仿后超声分散均匀，然后加入0.5ml氯仿分散的OA-UCNP@Gd，加入4ml去离子水超声分散均匀后，利用旋转蒸发仪在65℃条件下50rpm旋转速度下蒸发掉多余的氯仿直至澄清透明，将最终反应体系用探头超声5min后，转至超滤管内，20min5000g离心后获得UCNP@PEG。
实施例3：
依照摩尔比6:1精确称量54.0mg DSPE-PEG2000和9mg mal-PEG-DSPE，并加入6毫升氯仿后超声分散均匀，然后加入0.5ml氯仿分散的OA-UCNP@Gd，加入4ml去离子水超声分散均匀后，利用旋转蒸发仪在65℃条件下50rpm旋转速度下蒸发掉多余的氯仿直至澄清透明，将最终反应体系用探头超声5min后，转至超滤管内，20min5000g离心后获得UCNP@PEG。

Claims (7)

1.一种基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，该方法采用旋转蒸发法制备基于上转换发光纳米材料的胶束，具体包括以下步骤：
步骤1.称量YCl3·6H2O、YbCl3·6H2O和ErCl3·6H2O转移至反应器，再加入油酸和十八烯，通氩气剧烈搅拌状态下将上述反应体系升温至140℃～160℃；
步骤2.除去其中的水分和杂质，自然冷却至室温后，逐滴加入含有NaOH和NH4F的甲醇溶液，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤3.在通入氩气、搅拌状态下将上述混合体系升温至100℃～110℃，除去甲醇，再升温至150℃～160℃维持30min～60min，温度快速升至290℃～310℃；
步骤4.自然冷却至室温后加入乙醇洗涤沉淀获得分散于氯仿中的油酸包覆的上转换发光纳米材料OA-UCNPs；
步骤5.称量GdCl3·6H2O，并加入油酸和十八烯，通氩气剧烈搅拌状态将反应体系升温至140℃～160℃，除去其中的水分和杂质；
步骤6.自然冷却至室温后，加入步骤4制备的OA-UCNPs氯仿溶液，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤7.再通入氩气，将温度升至70℃～80℃，去除反应体系的氯仿等杂质；
步骤8.降温至常温，逐滴加入含有质量比0.006g:0.001g～0.009g:0.002g NaOH和NH4F的2ml甲醇溶液后，温度维持在50℃～55℃并密闭搅拌；
步骤9.在通入氩气、搅拌状态下将上述混合体系升温至100℃～110℃，除去甲醇，再升温至150℃～160℃，温度快速升至290℃～310℃；
步骤10.自然冷却至室温后加入乙醇洗涤沉淀获得油酸包覆的上转换发光纳米材料OA-UCNP@Gd，并分散于氯仿中；
步骤11.将二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-DSPE-PEG2000和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-马来酰亚胺mal-PEG-DSPE，加入氯仿超声分散均匀，然后加入氯仿分散的OA-UCNP@Gd，再加入去离子水超声分散均匀；
步骤12.利用旋转蒸发仪在64℃～66℃条件下蒸发掉多余的氯仿直至澄清透明，将终反应体系用探头超声后，转至超滤管内，离心后获得基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束UCNP@Gd@DSPE-PEG，简称UCNP@PEG。
2.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述步骤1中称量YCl3·6H2O、YbCl3·6H2O和ErCl3·6H2O，是按照摩尔比40:8:1～40:10:1分别称量。
3.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述加入油酸和十八烯，是按照体积比1.5:1～2.5:1量取油酸和十八烯。
4.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述加入含有NaOH和NH4F的甲醇溶液，其中，NaOH和NH4F的质量比为0.3g:0.4g～0.3g:0.5g。
5.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述OA-UCNPs氯仿溶液中，OA-UCNPs含量为2.15mg/ml。
6.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述称量DSPE-PEG2000和mal-PEG-DSPE，依照摩尔比2:1～6:1称量。
7.根据权利要求1所述的基于钆离子掺杂的上转换发光纳米材料胶束的制备方法，其特征在于，所述上转换发光纳米材料氯仿溶液中，OA-UCNP@Gd浓度为4mg/ml。
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