CN110408377A - 一种稀土掺杂NaCeF4近红外荧光纳米探针及其制备方法和生物应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米生物材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂NaCeF₄近红外荧光纳米材料及其制备方法和应用。该方法采用铈盐、稀土盐和油酸钠作为原料，并利用高温共沉淀法，从而获得稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。该合成条件容易控制，重复性好，制备出的纳米材料呈颗粒状或棒状，材料的粒径可控、分散性、均一性和合成重复性好。且稀土掺杂NaCeF₄近红外荧光发光较强，适用于生物领域或医学领域，因此本发明制备的稀土掺杂NaCeF₄纳米探针是一种可应用于生物检测及生物成像的理想材料。

Description

一种稀土掺杂NaCeF4近红外荧光纳米探针及其制备方法和生 物应用

技术领域

本发明属于纳米生物材料技术领域，尤其是涉及一种稀土掺杂NaCeF₄近红外荧光纳米探针及其制备方法和生物应用。

背景技术

近年来稀土掺杂无机发光材料得到广泛关注，这些材料在三维立体显示、防伪技术、固态激光器、光存储、太阳能电池等方面都体现出极大的应用价值，其中最引人注目的是最近兴起的稀土掺杂无机纳米材料在荧光生物标记方面的应用。与传统的荧光标记材料(例如荧光染料与量子点)相比，稀土掺杂无机纳米材料具有高热稳定性、长荧光寿命、低毒性、可调谐荧光发射波长等综合优势，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。

荧光生物标记材料对纳米颗粒的发光、尺寸、水溶性以及生物相容性等都有着极高的要求。其中，纳米颗粒的发光、生物相容性等物理化学性能与所选择的基质材料直接相关。稀土氟化物基质材料作为稀土发光材料一个重大的分支正因其广泛的应用而受到越来越多的关注。与目前其他的发光材料如有机染料和量子点相比，稀土掺杂无机纳米晶具有低毒性、发光寿命长、发射光谱带窄和光稳定性高等优点；相对于传统的氧化物和磷酸盐等材料，氟化物具有更低的声子能量从而能够更大程度地降低由晶格振动导致的无辐射跃迁。由于在氟化物体系中由声子参与导致的发光中心激发态的猝灭比在氧化物中要弱，所以越来越多的工作集中在单分散氟化物纳米晶的合成及应用上。

NaCeF₄具有较低的声子能量，稳定的化学物理性能，是一种良好的基质发光材料。目前关于NaCeF₄纳米晶的报道较少，2009年李亚栋课题组报道了NaCeF₄纳米晶合成的研究工作，得到了几百纳米长度的纳米棒(Chem.Eur.J.2009,15,2512-2517)。2011年韩国的Jung Hyun Jeong课题组也报道了通过多元醇溶剂热法合成了几百纳米长度的NaCeF₄:Tb³⁺纳米棒，研究了其发光性能(Inorg.Chem.2011,50,3387-3393)。2014年林君课题组报道了通过热分解方法合成了NaCeF₄:Tb³⁺/Yb³⁺纳米晶，系统研究了离子间的能量传递过程(Nanoscale,2014,6,9703-9712)。2014年曾松军课题组通过溶剂热方法合成了几百纳米长度的NaCeF₄:Ln³⁺(Ln³⁺＝Eu³⁺,Dy³⁺,Tb³⁺)纳米棒，研究其可见下转移发光(RSC Adv.,2014,4,49916-49923)。到目前为止，粒径小于100纳米的稀土掺杂NaCeF₄纳米晶的合成方法还有待进一步的摸索，基于稀土掺杂NaCeF₄纳米晶的体外检测以及体内成像等均未见报道。

特别地，传统生物探针的发射波长一般在1000nm以下，这在生物探测中不是最理想的，因为短波长光子的散射可能会限制其在组织内的穿透深度。针对这个问题，最近国内外陆续报道一种优良的近红外二区(NIR-II)荧光生物探针，其发射波长在1000-1700nm，这种新型荧光探针的发光在生物体中可以显著减少散射光，从而能增加探测深度。为满足高灵敏生物检测的需求，研发一种高发光强度近红外二区荧光材料十分必要。

发明内容

为了解决现有技术中制备稀土掺杂NaCeF₄纳米材料时，需要对反应条件进行精细、苛刻的调控、产物中容易出现杂相以及不容易合成小颗粒等问题，本发明的目的旨在提供一种稀土掺杂NaCeF₄材料的制备方法以及由该方法得到的稀土掺杂NaCeF₄材料。所述制备方法的合成条件容易控制，制备得到的纳米材料的分散性、均一性和重复性都很好。

本发明另一目的是提供一种稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料。

本发明又一目的是提供一种水溶性纳米探针及其用途。

为了实现上述目的，本发明提供一种稀土掺杂NaCeF₄纳米材料的制备方法，其采用油酸钠作为钠源，利用高温共沉淀法，得到稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

根据本发明，所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料的制备方法包括如下步骤：

S1、将铈盐、稀土盐、油酸钠溶于溶剂中；

S2、将步骤S1中的溶液与NH₄F混合；

S3、将步骤S1得到的混合液加热反应，得到所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

根据本发明，步骤S1中，所述铈盐可以为盐酸铈、硫酸铈、醋酸铈，例如醋酸铈；所述稀土盐可以为稀土盐酸盐、稀土硫酸盐、稀土醋酸盐，例如稀土醋酸盐。根据本发明，步骤S1中，为使各反应物溶于溶剂中，可以将反应物与溶剂混合后加热一定时间，例如加热至100～200℃，保温10～60分钟。所述加热优选在惰性气体保护下。

根据本发明，步骤S1中，所述稀土盐选自La(CH₃COO)₃、Ce(CH₃COO)₃、Pr(CH₃COO)₃、Nd(CH₃COO)₃、Pm(CH₃COO)₃、Sm(CH₃COO)₃、Eu(CH₃COO)₃、Gd(CH₃COO)₃、Tb(CH₃COO)₃、Dy(CH₃COO)₃、Ho(CH₃COO)₃、Er(CH₃COO)₃、Tm(CH₃COO)₃、Yb(CH₃COO)₃、Lu(CH₃COO)₃、Y(CH₃COO)₃、Sc(CH₃COO)₃中的一种、两种或多种。优选的，所述稀土盐选自Pr、Nd、Sm、Dy、Ho、Er、Tm或Yb的稀土醋酸盐中的一种或多种。

根据本发明，步骤S1中，所述溶剂可以为油酸、油胺、十八烯中的一种、两种或三种的混合物；

当所述溶剂为混合物时，可以为油酸、油胺、和十八烯的混合物；作为实例，所述油酸、油胺、十八烯的体积比可以为1:1:(1-2)，例如1:1:2；

根据本发明，步骤S1中，铈盐+稀土盐与油酸钠的摩尔比为1:(2-3)，例如1:2.5。

根据本发明，步骤S2中，所述NH₄F溶于溶剂中，所述溶剂可以为醇类溶剂，例如甲醇。

根据本发明，步骤S3中，所述反应优选在惰性气体保护下进行；例如氮气保护；

根据本发明，步骤S3中，反应温度优选为280～360℃，例如300～340℃，反应时间优选为20～90分钟。反应后，进行离心分离，洗涤，干燥，得到所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

本发明还提供一种由上述方法制备得到的稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

根据本发明，所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料是油溶性的。

在NaCeF₄材料中，三价铈离子(Ce³⁺)的²F_5/2到²F_7/2能级的能量差(～2300cm^-1)接近于一些三价稀土离子(如Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺或Yb³⁺)的部分能级间隔。例如，三价铒离子(Er³⁺)的⁴I_11/2到⁴I_13/2能量差为～3700cm^-1，因此，通过Ce³⁺与Er³⁺之间的交叉驰豫，基质中的Ce³⁺可以非常有效的将Er³⁺的⁴I_11/2能级的电子无辐射到⁴I_13/2，进而辐射跃迁至基态能级产生较强的近红外二区发光。

本发明还提供一种稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料，其中，内核为稀土掺杂的NaCeF₄，外壳为NaCeF₄。

所述核壳结构材料为：NaCeF₄:xLn@NaCeF₄；其中，Ln选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种、两种或多种；0<x≤100％；

根据本发明，所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料可以为NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄，例如，NaCeF₄:yEr/zYb@NaCeF₄，其中，0≤y≤20％，0≤z≤50％；优选为0≤y≤2％，15％≤z≤25％；例如NaCeF₄:1％Er/20％Yb@NaCeF₄；

根据本发明，所述稀土掺杂的NaCeF₄是由本发明上述制备方法制备得到的稀土掺杂的NaCeF₄。

本发明还提供一种上述稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料的制备方法，包括：

1)将油酸钠、铈盐溶于溶剂中，得到混合溶液；

2)将步骤1)中得到的溶液与上述本发明的稀土掺杂NaCeF₄材料、以及NH₄F混合；

3)将步骤2)中得到混合溶液加热反应，得到稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料；

根据本发明，步骤1)中，所述铈盐可以为盐酸铈、硫酸铈、醋酸铈，例如醋酸铈。

根据本发明，所述步骤1)中，为使反应物溶解，可以将混合溶液加热并保温一定时间，例如加热至100-200℃并保温10-60分钟，例如升温至160℃并保温30分钟。优选的所述加热在惰性气体保护下进行，例如氮气保护。

根据本发明，步骤1)中，所述溶剂可以为油酸、油胺、十八烯中的一种、两种或三种的混合物；

根据本发明，步骤2)中，所述稀土掺杂NaCeF₄材料优选溶解在烷烃类溶剂中，例如溶解在环己烷中。所述NH₄F溶于溶剂中，所述溶剂可以为醇类溶剂，例如甲醇。优选的，将步骤1)中得到的溶液与稀土掺杂NaCeF₄材料的烷烃类溶液混合，然后加热除去所述烷烃类溶剂，例如加热到60-100℃；再将上述混合物与NH₄F的醇类溶液混合，然后加热除去所述醇类溶剂，例如加热到60-100℃；

根据本发明，所述油酸钠、铈盐、稀土掺杂NaCeF₄材料、与NH₄F的摩尔比可以为(2-3):(0.5-1.5):(0.2-0.8):(3-5)，例如2.5:1:0.5:4。

根据本发明，步骤3)中，所述反应的温度可以为280-360℃，优选300-340℃，例如320℃；所述反应的时间可以为10-30分钟，例如20分钟。反应后，进行离心分离，洗涤，干燥，得到所述核壳结构材料。

本发明还提供一种水溶性纳米探针，其包括本发明所述的稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或者稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料，以及其表面包覆的改性剂层。

根据本发明，所述改性剂选自DSPE-PEG(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇)、DSPE-PEG2000-COOH(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-羧基)、DSPE-PEG2000-NH₂(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-氨基)中的一种、两种或三种。

本发明还提供一种水溶性纳米探针的制备方法，包括：将稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料分散于溶剂中，再将其与改性剂溶液混合，超声，离心分离，得到水溶性稀土掺杂NaCeF₄纳米探针。

根据本发明，所述溶剂选自有机溶剂，优选为含氯有机溶剂，例如三氯甲烷；

根据本发明，所述改性剂选自DSPE-PEG、DSPE-PEG2000-COOH、DSPE-PEG2000-NH₂中的一种、两种或三种，例如DSPE-PEG2000-COOH。

所述改性剂与稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料的质量比为(2-6):1，优选为(4-5):1，例如4:1、5:1。

所述超声可以在常温或加热条件下进行，所述超声的时间可以为0.3-1小时，例如0.5小时。

本发明进一步提供了上述水溶性纳米探针在生物技术领域或医学领域中的应用；例如用于近红外发光二区的生物检测及生物成像。

本发明的有益效果：

1)本发明利用油酸钠作为原料通过高温共沉淀法合成出一系列单分散、形貌可控制的稀土氟化物纳米材料，该合成方法条件容易控制，重复性好，可以制备出不同尺寸的稀土掺杂NaCeF₄纳米材料，且可调控制备出的纳米材料为颗粒状和棒状，所述颗粒的分散性、均一性和重复性均很好。而传统的高温共沉淀法使用氢氧化钠为钠源，无法合成粒径小于50nm的NaCeF₄纳米颗粒。

2)本发明将稀土掺杂NaCeF₄纳米材料制成核壳结构，提高了所述纳米材料的发光性能，发光强度可以提高3倍以上。

3)本发明的水溶性纳米荧光探针具有近红外发光，适用于生物领域或医学领域，例如用于检测和成像方面，尤其是应用于荧光标记生物检测及生物成像方面。

附图说明

图1中的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)分别为实施例1中不同尺寸的六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的X射线粉末衍射图(仪器型号为MiniFlex2，厂家为日本理学株式会社)；

图2中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别为实施例1中不同尺寸的六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的透射电镜图(仪器型号为JEM-2010，厂家为JEOL)；

图3为980纳米激发下，NaCeF₄:Er/Yb纳米晶中Er离子的近红外二区发光示意图；

图4为实施例1中不同尺寸的六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶在980纳米激发下以1530纳米为中心的近红外二区的光谱图(仪器型号为FLS 980，厂家为Edinburgh)；

图5为实施例1中不同尺寸的六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的近红外荧光寿命图(仪器型号为FSP920-C，厂家为Edinburgh)；

图6为实施例1中不同尺寸的六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的近红外量子产率图(仪器型号为FLS 980，厂家为Edinburgh)；

图7中(a)、(b)、(c)分别为实施例2中NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构纳米晶的透射电镜、高分辨透射电镜以及溶解在环己烷溶液中的图片；

图8中(a)、(b)分别为NaCeF₄:Er/Yb(粒径：7.1±0.5nm)以及NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构(粒径：18.1±1.9nm)纳米颗粒的透射电镜图。

图9为NaCeF₄:Er/Yb与NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄在980nm激发下的近红外光谱图。

图10是实施例3连接DSPE-PEG2000-NH₂的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米晶的水合粒径图(仪器型号为Nano ZS ZEN3600,Malvern动态光散射粒径)；

图11是实施例3连接DSPE-PEG2000-NH₂的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米晶的表面电势图(仪器型号为Nano ZS ZEN3600,Malvern动态光散射粒径)；

图12是实施例4中小鼠尾静脉注射连接DSPE-PEG2000-NH₂的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄近红外纳米荧光探针后，在近红外光(980nm)激发下，小鼠体内成像的原理图；

图13是实施例4中对小鼠进行体内实时近红外成像图(仪器型号为奥林巴斯IX71显微镜，配备了NIR的CCD相机，厂家为普林斯顿仪器公司)。

具体实施方式

以下通过示例性的具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。但不应将这些实施例解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，实施例中所记载的原料及试剂均为市售产品。

本发明中所采用的仪器如下：测试纳米晶的X射线粉末衍射(仪器型号为MiniFlex2，厂家为Rigaku，铜靶辐射波长为λ＝0.154187nm)，透射电镜(仪器型号为JEM-2010，厂家为JEOL)，纳米晶的近红外发射光谱(仪器型号为FLS980，厂家为Edinburgh，激发光源为980nm激光器)。

实施例1

利用稀土醋酸盐和油酸钠作为原料，通过高温共沉淀法制备油溶性NaCeF₄:1％Er/20％Yb纳米晶：

(1)将称量好的2.5mmol油酸钠(NaOA)、0.79mmol Ce(CH₃COO)₃·6H₂O、0.2mmol Yb(CH₃COO)₃·6H₂O、0.01mmol Er(CH₃COO)₃·6H₂O，一起加入到100mL圆底三口烧瓶中，然后加入10mL的十八烯、5mL油酸和5mL的油氨。在氮气气氛下将上述反应原料搅拌均匀使之形成乳浊液。由于三价铈离子易被氧化，因此需要在氮气的环境下加热至160℃，反应50min形成澄清透明的溶液，再将温度降至室温；

(2)称量4mmol NH₄F溶解于10mL甲醇，搅拌使其形成澄清溶液后滴加到上述溶液中，在室温继续搅拌30min，确保体系均匀分散；

(3)在氮气气氛下将反应溶液加热至60℃，搅拌40min除去反应体系中的甲醇。之后再升温至120℃搅拌20min，确保完全排尽体系中可能由原料等带入的水和残余的甲醇；接着以10-15℃/min的升温速度加热，使温度升至320℃，反应20min；

(4)反应结束将反应溶液冷却至室温，加入20mL的乙醇，出现白色沉淀，搅拌20min。采用12000rpm的转速离心，离心后将上层清液与沉淀分离，除去反应的副产物，将得到的沉淀用环己烷和无水乙醇重复洗涤三次。取反应沉淀物一部分分散于环己烷中保存，另一部分置于60℃的真空烘箱中干燥过夜，得到六方相NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的粉末。

从图1中可以看出，该油溶性NaCeF₄纳米晶是纯六方相，其衍射峰位置和相对强度与NaCeF₄的PDF标准卡片(JCPDS No.75-1924)一致，属于六方晶系。随着纳米颗粒尺寸增加，XRD衍射峰越尖锐。

如图2所示，该油溶性NaCeF₄纳米晶分散性好、形貌均一，粒径约为7-206nm。具体而言，在310℃的反应温度下，改变反应时间，当反应时间为20min、25min、30min、45min、60min、90min时，纳米晶颗粒大小可调节为7.1纳米，16.7纳米，25.2纳米，51.6纳米，103.3纳米和200.6纳米。

如图4所示，用980纳米激发NaCeF₄:Er/Yb纳米晶，得到以1530纳米为中心的近红外二区发光，纳米颗粒越大发光越强。

如图5所示，为在980纳米激发下，不同尺寸NaCeF₄:Er/Yb纳米晶材料近红外二区荧光衰减曲线。纳米颗粒越大，Er³⁺的荧光寿命越长。

如图6所示，为在980纳米功率密度为100W·cm^-2激发下，不同颗粒大小的NaCeF₄:Er/Yb纳米晶材料所对应的近红外荧光量子产率图。特别地，颗粒大小为(200.6±16.5nm)的NaCeF₄:Er/Yb纳米晶的近红外二区荧光量子产率高达32.8％，表明所合成的材料是一类性能优良的近红外二区荧光探针。

实施例2

制备油溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构纳米晶。

在室温下称取2.5mmol油酸钠和1mmol的醋酸铈加入到100mL的三颈圆底烧瓶中，其中包含5mL油酸，10mL十八烯和5mL油氨。在氮气的流动过程中，加热到160℃，持续搅拌30分钟，形成澄清的溶液。在冷却到80℃后，加入了0.5mmol的NaCeF₄:Er/Yb纳米晶溶解在10mL环己烷中，并在80℃的温度下反应30分钟以除去溶液中的环己烷。然后，加入4mmol的NH₄F溶解在10mL的甲醇溶液，并在60℃的温度下搅拌30分钟，以去除甲醇。随后，溶液在120℃的时候搅拌20分钟。最后，在氮气保护下去，将溶液加热至320℃，剧烈搅拌20分钟，冷却至室温，从而得到油溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构纳米晶，将得到的沉淀用环己烷和无水乙醇重复洗涤三次。取反应沉淀物一部分分散于环己烷中保存。

如图7(a)所示，该油溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米晶的透射电镜，显示纳米晶的分散性好且形貌均一。

如图7(b)所示，该油溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米晶的高分辨透射电镜，可以清晰观察到纳米晶的晶格间距为0.308nm。

如图7(c)所示，该油溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米晶分散于环己烷中，得到澄清透明的溶液。

图8中(a)、(b)分别为NaCeF₄:Er/Yb(粒径：7.1±0.5nm)以及NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构(粒径：18.1±1.9nm)纳米颗粒的透射电镜图。

图9为NaCeF₄:Er/Yb与NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄在980nm激发下的近红外光谱图，由图中可以看出，NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄相比于NaCeF₄:Er/Yb纳米颗粒的近红外发光增强了4倍。

实施例3

制备水溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄核壳结构纳米晶。

我们将5mg表面具有油酸的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米颗粒、20mg DSPE-PEG2000-COOH和3mL三氯甲烷混合于5mL圆底烧瓶中，然后搅拌20min，接着将混合液置于旋转蒸发器中干燥，保持加热温度至35℃以加速溶液挥发，不宜过高否则容易爆沸。当在烧瓶内壁上形成脂膜时，加入4mL超纯水超声30min。使纳米颗粒形成溶液。最后通过离心将多余磷脂除去，得到DSPE-PEG2000-COOH修饰的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄水溶性纳米探针。

如图10所示，包覆前NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄油溶性纳米颗粒的粒径为18.1±1.9nm，通过DSPE-PEG2000-COOH改性后，其粒径平均增加到了22.3±1.1nm，这也进一步证实了纳米颗粒表面包覆磷脂层的存在。

如图11所示，连接DSPE-PEG2000-COOH磷脂层的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米颗粒的电势为-11.7±0.8mV，这主要是由于带负电的DSPE-PEG2000-COOH包覆在纳米颗粒的表面。

实施例4

基于水溶性NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄近红外纳米探针的体内成像应用。

将NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄水溶液低速离心，取上清液，经过生物过滤棉过滤。将纳米探针(0.1mg/mL，1mL)通过尾静脉注射到小鼠体内。血液循环30分钟后，在合适的滤光片下，通过980nm激发拍摄其成像情况。

如图12所示为利用NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄荧光探针进行小老鼠体内近红外二区荧光成像示意图。

如图13所示为980纳米激发下，NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米荧光探针注射到小老鼠体内不同时间的成像图。图中显示了24小时内小鼠体内成像的演变情况，在最开始的0.5-1小时注射后，根据Er³⁺的近红外二区荧光信号，NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米探针基本上聚集在后肢，肝，脾，肺等器官位置。特别地，我们可以清晰地观察到小鼠器官和后肢的血管图像，表明了该材料应用于体内高分辨成像的优良效果。经过更长时间的血液循环，我们观察到后肢的荧光信号逐渐消失，24小时后，所有的NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄纳米探针均积累在肝脏中。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稀土掺杂NaCeF₄纳米材料的制备方法，其特征在于，采用油酸钠作为钠源，利用高温共沉淀法，得到稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料的制备方法包括如下步骤：

S1、将铈盐、稀土盐、油酸钠溶于溶剂中；

S2、将步骤S1中的溶液与NH₄F混合；

S3、将步骤S1得到的混合液加热反应，得到所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铈盐可以为盐酸铈、硫酸铈、醋酸铈，例如醋酸铈；所述稀土盐可以为稀土盐酸盐、稀土硫酸盐、稀土醋酸盐，例如稀土醋酸盐；

优选地，步骤S1中，为使各反应物溶于溶剂中，可以将反应物与溶剂混合后加热一定时间，例如加热至100～200℃，保温10～60分钟；所述加热优选在惰性气体保护下；

优选地，步骤S1中，所述稀土盐选自La(CH₃COO)₃、Ce(CH₃COO)₃、Pr(CH₃COO)₃、Nd(CH₃COO)₃、Pm(CH₃COO)₃、Sm(CH₃COO)₃、Eu(CH₃COO)₃、Gd(CH₃COO)₃、Tb(CH₃COO)₃、Dy(CH₃COO)₃、Ho(CH₃COO)₃、Er(CH₃COO)₃、Tm(CH₃COO)₃、Yb(CH₃COO)₃、Lu(CH₃COO)₃、Y(CH₃COO)₃、Sc(CH₃COO)₃中的一种、两种或多种；例如，所述稀土盐选自Pr、Nd、Sm、Dy、Ho、Er、Tm或Yb的稀土醋酸盐中的一种或多种；

优选地，步骤S1中，所述溶剂可以为油酸、油胺、十八烯中的一种、两种或三种的混合物；

当所述溶剂为混合物时，可以为油酸、油胺、和十八烯的混合物；优选地，所述油酸、油胺、十八烯的体积比可以为1:1:(1-2)，例如1:1:2；

优选地，步骤S1中，铈盐+稀土盐与油酸钠的摩尔比为1:(2-3)，例如1:2.5；

优选地，步骤S2中，所述NH₄F溶于溶剂中，所述溶剂可以为醇类溶剂，例如甲醇；

优选地，步骤S3中，所述反应优选在惰性气体保护下进行；例如氮气保护；

优选地，步骤S3中，反应温度优选为280～360℃，例如300～340℃，反应时间优选为20～90分钟。

4.由权利要求1-3任一项所述方法制备得到的稀土掺杂NaCeF₄纳米材料。

5.一种稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料，其特征在于，内核为稀土掺杂的NaCeF₄，外壳为NaCeF₄；

优选地，所述核壳结构材料为：NaCeF₄:xLn@NaCeF₄；其中，Ln选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种、两种或多种；0<x≤100％；

优选地，所述稀土掺杂NaCeF₄纳米材料可以为NaCeF₄:Er/Yb@NaCeF₄，例如，NaCeF₄:yEr/zYb@NaCeF₄，其中，0≤y≤20％，0≤z≤50％；优选为0≤y≤2％，15％≤z≤25％；例如NaCeF₄:1％Er/20％Yb@NaCeF₄；

优选地，所述稀土掺杂的NaCeF₄是由权利要求1-3任一项所述方法制备得到的稀土掺杂的NaCeF₄。

6.如权利要求5所述稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将油酸钠、铈盐溶于溶剂中，得到混合溶液；

2)将步骤1)中得到的溶液与权利要求4所述的稀土掺杂NaCeF₄材料、以及NH₄F混合；

3)将步骤2)中得到混合溶液加热反应，得到稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述铈盐为盐酸铈、硫酸铈、醋酸铈，例如醋酸铈；

优选地，步骤1)中，为使反应物溶解，可以将混合溶液加热并保温一定时间，例如加热至100-200℃并保温10-60分钟，例如升温至160℃并保温30分钟；优选的所述加热在惰性气体保护下进行，例如氮气保护；

优选地，步骤1)中，所述溶剂可以为油酸、油胺、十八烯中的一种、两种或三种的混合物；

优选地，步骤2)中，所述稀土掺杂NaCeF₄材料优选溶解在烷烃类溶剂中，例如溶解在环己烷中；所述NH₄F溶于溶剂中，所述溶剂可以为醇类溶剂，例如甲醇；优选的，将步骤1)中得到的溶液与稀土掺杂NaCeF₄材料的烷烃类溶液混合，然后加热除去所述烷烃类溶剂，例如加热到60-100℃；再将上述混合物与NH₄F的醇类溶液混合，然后加热除去所述醇类溶剂，例如加热到60-100℃；

优选地，所述油酸钠、铈盐、稀土掺杂NaCeF₄材料、与NH₄F的摩尔比可以为(2-3):(0.5-1.5):(0.2-0.8):(3-5)，例如2.5:1:0.5:4；

优选地，步骤3)中，所述反应的温度可以为280-360℃，优选300-340℃，例如320℃；所述反应的时间可以为10-30分钟，例如20分钟。

8.一种水溶性纳米探针，其特征在于，所述探针包括权利要求4所述的稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或者权利要求5所述的稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料，以及其表面包覆的改性剂层；

优选地，所述改性剂选自DSPE-PEG(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇)、DSPE-PEG2000-COOH(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-羧基)、DSPE-PEG2000-NH₂(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000-氨基)中的一种、两种或三种。

9.如权利要求8所述水溶性纳米探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料分散于溶剂中，再将其与改性剂溶液混合，超声，离心分离，得到水溶性稀土掺杂NaCeF₄纳米探针；

优选地，所述溶剂选自有机溶剂，优选为含氯有机溶剂，例如三氯甲烷；

优选地，所述改性剂选自DSPE-PEG、DSPE-PEG2000-COOH、DSPE-PEG2000-NH₂中的一种、两种或三种，例如DSPE-PEG2000-COOH；

优选地，所述改性剂与稀土掺杂NaCeF₄纳米材料或稀土掺杂NaCeF₄核壳结构材料的质量比为(2-6):1，优选为(4-5):1，例如4:1、5:1；

优选地，所述超声可以在常温或加热条件下进行，所述超声的时间可以为0.3-1小时，例如0.5小时。

10.权利要求8所述水溶性纳米探针的应用，其特征在于，所述应用包括在生物技术领域或医学领域中的应用，例如用于近红外发光二区的生物检测及生物成像。