CN111494627A - 一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法及应用 - Google Patents

一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其是一种基于中空炭壳包覆的空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h‑C，其具体是以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)和超顺磁性Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心炭球的内部，制备而成的空心炭包覆UCNPs和Fe3O4合成的核壳结构纳米粒子。本发明还公开了该基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)分别合成油酸稳定的Fe3O4纳米粒子，和核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶；(2)合成多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h‑C。本发明还公开了将其用作制备同时实现医用磁共振成像(MRI)和增强上转换发光(UCL)成像的造影剂，以及将其用作制备近红外光热治疗与光热成像试剂的材料的应用。

Description

一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及医用生物纳米材料技术领域，具体涉及一种基于中空碳球的光、热、磁复 合材料、制备方法及其在医疗领域中的应用。
背景技术
纳米材料因为其独特的性能，越来越引起科学界和世界各国的重视。在癌症治疗领域， 纳米材料的特点也为癌症治疗和诊断提供了新的研究方向。由于肿瘤微环境的结构以及纳 米材料尺寸的特殊性，纳米材料在肿瘤部位具有很高的渗透性和滞留性，在肿瘤部位高度 富集而在正常组织中较少存在，降低了纳米材料对机体的毒副作用。装载了癌症治疗药物 的纳米颗粒聚集在肿瘤部位，也提高药物利用率，减少了药物扩散至正常组织，提高癌症 治疗效果。
多种成像方式与造影剂相结合的多功能分子成像技术日益成熟，不仅可以提供肿瘤组 织部位丰富和全面的信息，便于更好的诊断肿瘤，而且在成像的同时也能对肿瘤病灶进行 治疗，极大地提高了对肿瘤精确诊疗的效果。在多种医学无创成像的技术中，光声成像， 超声成像以及磁共振成像最具代表性。
光热治疗是一种通过提高机体局部或整体温度来到达治疗目的新型治疗方法。随着纳 米技术的快速发展，近些年来已经出现很多能将光能有效转化成热的纳米材料。包括无机 金属材料，无机非金属材料和有机光热材料，以上这些光热材料在肿瘤治疗过程中能起到 良好的治疗肿瘤效果。碳材料中尽管碳纳米棒、石墨烯已经被广泛用于生物传感、生物成 像、光热治疗等医学研究，但分散性及稳定性较差却限制了其在生物体内的进一步应用。 而很多的金属材料在体内滞留时间长久不能有效排除，进而存在生物安全问题，使其临床 受到严重阻碍。所以，将光热治疗和成像技术有效结合在一起有益于肿瘤的治疗。
在过去十几年间里，稀土掺杂的上转换发光纳米材料(UCNPs)在生物医药领域里引起了越来越多科研者的注意。当用近红外光激发UCNPs时，其吸收两个或多个低能量 的光子而发射出高能量的光子，可以得到不同波长的可见光甚至近红外光。与传统的下转 换纳米材料相比，稀土上转换发光纳米材料具有化学稳定性高、自发荧光低、信噪比高、 检测灵敏度高、穿透深度深及良好的生物相容性等优点。而且，上转换纳米材料结合其它 功能性纳米粒子(例如超顺磁性Fe3O4、纳米Au)，构筑多功能纳米平台，为疾病协同诊 断和治疗提供了可能。
超顺磁性纳米粒子因其在磁共振成像、磁靶向药物释放、磁记录材料、催化、癌症的 诊断和治疗等方面具有潜在优势已引起科研者的广泛关注。其中，磁铁矿(Fe3O4)和磁赤铁矿(γ-Fe2O3)因其非常小的矫顽力成为磁性质和生物医药领域研究的热点。
现有技术中，UCNPs和磁性物质的结合主要分为三种方法，一种方法是致密SiO2(或 mSiO2)包覆磁性物质或UCNPs，硅表面结合UCNPs或者磁性物质；第二种是不同配体修饰UCNPs和磁性物质，另用配体间的化学反应将二者结合；第三种是将UCNPs和磁性物 质共同包覆在硅层里，但是这些方法制备的纳米粒子容易团聚而且形貌不规整，难以构筑 稳定性好、形貌均一性好的多功能纳米晶，使其应用受到较大的限制。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的上述不足，提供一种新的稳定性好、形貌均一性好、 生物安全性好的一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料及制备工艺，通过引入新的连接 剂、并对材料和工艺同步改进，将稀土上转换发光纳米材料和超顺磁性Fe3O4结合，构筑新型复合结构的多功能纳米晶，使该材料既可实现UCL、MRI，又可实现纳米晶对病变部 位的磁靶向热疗，同时又具备高空间分辨率、高灵敏度和生物组织穿透深度深的优点，满 足光热治疗及成像诊疗一体化的需要。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其是一种基于中空炭壳包覆的空心纳米粒 子UCNPs/Fe3O4@h-C，其具体是以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)和超 顺磁性Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心炭球 的内部，制备而成的空心炭包覆UCNPs和Fe3O4合成的核壳结构纳米粒子。
所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其中的超顺磁性Fe3O4和UCNPs被限定在空腔内部，炭壳壁起到保护隔离作用，使其免受外界环境的影响而稳定存在；且其纳米粒子形状差异小、颗粒形貌尺寸均一，具有良好的稳定性、水溶性、生物相容性；同时又 具有MRI和UCL；所述的炭层能将吸收的光转化为热，使该材料又具备光热转换效果。
所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)分别合成油酸稳定的Fe3O4纳米粒子，和核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶；
(2)多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成：以2，4-二羟基苯甲酸(DA)为碳 源前驱体，油酸钠(NaOA)为软模板剂，DA和六次甲基四胺(HMT)之间的弱酸弱碱 相互作用使溶液呈酸性，pH为2.98，UCNPs和Fe3O4纳米粒子在此作用下被引入到空心炭 球的内部；在水热条件下，HMT分解成NH3和HCHO产生空腔结构，同时在受热过程中油 酸钠乳滴受热膨胀，使空腔体积变大；在Ar(95％)和H2(5％)惰性气氛下程序升温至 500℃，使DA还原形成炭壳，最终合成空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h-C，即制得基于中 空碳球的光、热、磁复合材料。
所述步骤(1)中油酸稳定的磁性Fe3O4纳米粒子的合成，具体包括如下步骤：
1)分别称取10.8g FeCl3·6H2O、36.5g油酸钠于500mL的二颈瓶中，再加入60mL 去离子水、80mL乙醇和140mL正己烷的混合溶液，超声溶解，加热至70℃，冷凝回流 4h；
2)反应结束后降温至室温，在分液漏斗中静置分层，取上层有机相，在加入30mL水混合均匀，静置分层，取上层有机相，重复此步骤数次，最后将上层有机相倒入烧杯中，烘干得到红棕色的蜡状固体，即油酸铁前驱体；
3)在100mL烧杯中加入4.5g油酸铁前驱体，再加入0.7125g OA和32mL ODE， 超声数分钟使固体完全溶解，将溶液转移至100mL的三颈瓶中，升温至110℃除去可能 残留的水分和正己烷；
4)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中程 序升温至320℃(3.3℃·min-1)并维持30min，在氩气氛围中冷却至室温；
5)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约62.5mL无水乙醇，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL环 己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用无水乙醇、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即得到油酸修饰的Fe3O4纳米粒子，即油酸稳定的磁性 Fe3O4纳米粒子。
所述步骤(1)中核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶的合成，具 体包括如下步骤：先进行稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，再进行核壳结构稀 土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4的合成。
其中，所述稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，具体步骤包括：
1)将400μL YbCl3(1M)、400μL ErCl3(0.1M)、500μL GdCl3(1M)和1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然后升温至110℃除去水 分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升温至150℃使盐溶液完 全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃ 后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃。
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至 固体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无 气泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分。
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升 温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温。
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL 环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即为NaY/GdF4:Yb,Er纳米晶。
其中，所述的核壳结构稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)的合成步骤与上述稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的步骤类似，将其中步骤1)中400 μLYbCl3(1M)、400μL ErCl3(0.1M)、500μL GdCl3(1M)用5mL NaY/GdF4:Yb,Er 代替。具体包括如下步骤：
1)将1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然 后升温至110℃除去水分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升 温至150℃使盐溶液完全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃，加入5mL NaY/GdF4:Yb,Er；
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至固 体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无气 泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分；
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升 温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温；
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL 环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即为核壳结构稀土上转换纳米晶 NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)。
所述的步骤(2)中，多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成，具体步骤包括：
1)称取100mg NaOA于离心管中，加入5mL热水，超声使其溶解，溶解后加入137.5 μL UCNPs正己烷溶液(30mg/mL)和250μL Fe3O4正己烷溶液(30mg/mL)，超声10min， 形成水包油乳液；之后，在50℃蒸发除去正己烷，得到偏黑色的溶液；
2)分别称取0.3853g DA和0.0876g HMT于100mL烧杯中，加入95mL的去离子 水，超声溶解。将上述偏黑色溶液加入到烧杯中，混合均匀，将溶液转移至150mL反应 釜中，升温至160℃，维持4h；
3)反应结束后，降温至室温，离心，转速为8000r/min，10min，得固体。水洗3 次，乙醇洗1次，最后在50℃下烘8h，保存固体，即为UCNPs/Fe3O4@h-p；
4)惰性气体保护下，程序升温还原即得到最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C，即基于中空碳球的光、热、磁复合材料。
所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，基于UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子具备的优异的磁性能和光学性能，将其用作制备同时实现医用磁共振成像(MRI)和增强 上转换发光(UCL)成像造影剂的材料。
所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，将其用作制备近红外光热治疗与光 热成像试剂的材料。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供的基于中空碳球的光、热、磁复合材料及其制备方法，该中空炭壳包 覆的空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h-C，是以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)和超顺磁性Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心 炭球的内部，合成制备而成的空心炭包覆UCNPs和Fe3O4的核壳结构纳米粒子；其中的超 顺磁性Fe3O4和UCNPs被限定在空腔内部，炭壳壁起到保护隔离作用，使其免受外界环境 的影响而稳定存在；且其纳米粒子形状差异小、颗粒形貌尺寸均一，具有良好的稳定性、 水溶性、生物相容性；同时又具有MRI和UCL；所述的炭层能将吸收的光转化为热，使该 材料又具备光热转换效果。本发明制备的纳米材料在近红外区域的光热转化效率较高，可 用来制备光热治疗剂应用于光热治疗中，同时该复合材料还有着光声/超声多模式成像属 性，可以制备多模成像诊疗剂，应用于癌症的诊疗一体化治疗过程，在生物医学应用前景 非常广阔。
(2)本发明提供的新型的中空炭层包覆的UCNPs/Fe3O4@h-C多功能纳米粒子性能优异、工艺合理，引入了油酸钠为结构导向剂和连接剂。首先，采用油酸钠包覆UCNPs和 Fe3O4形成乳滴，呈酸性的DA和HMT溶液(pH为2.98)加入后，围绕乳滴发生聚合作用； 在水热条件下，HMT由于热稳定性差在水热过程中被分解为NH3和HCHO，形成空腔，而 碳源前驱体DA在惰性气氛下还原形成炭壳，得到最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C。在合成过 程中，油酸钠为结构导向剂，修饰UCNPs和Fe3O4，同时也是内核与碳源前驱体之间的连 接剂；通过调节DA的浓度可改变炭层厚度。UCNPs吸收近红外光发射出绿色荧光，用于 UCL成像；随着Fe浓度的增加，T2值也随之降低，说明合成的纳米粒子具有磁共振成像 功能；同时炭层可吸收980nm近红外光将其转化为热，使其具有光热转换功能。本发明 将UCNPs和磁性纳米粒子Fe3O4同时包覆在炭壳的空腔中，从而实现上转换发光、磁共振 成像和光热转换功能。
(3)本发明复合材料的核壳结构的炭层是通过顺序构筑法直接合成，利用化学接枝 和物理吸附对内核的表面结构进行裁剪，调整其表面电荷、官能团和反应特性，通过氢键、 范德华作用力、电荷匹配或化学反应使壳层材料的前驱体在内核表面均匀生长，最终得到 形貌规整的碳材料。利用核壳结构的碳材料因其粒径及表面化学性质可控的特性，对内核 粒子进行表面包覆形成核壳结构纳米材料，结合内核和外壳材料的优势，不仅增强了内核 粒子的稳定性，也将提高材料的热力学性能，还赋予复合材料新的磁学、光学、表面性质 以及催化性能。本发明的合成工艺步骤少、操作方便，可以严格控制产物的尺寸和形状。该复合材料的制备过程高效、稳定、可重复性高。本发明能够实现纳米级结构，且稳定性、均一性、生物相容性好、生物安全性高，易于量产，易于产业化。
(4)本发明提供的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，重点在于，其稳定性、均一性、生物相容性好、生物安全性高，且使该材料在使用的时候性能一致性更好。
(5)本发明提供的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，可广泛应用在制造肿瘤光热治疗和核磁成像、多模式成像中的诊断试剂或者治疗试剂。该复合材料具有光热治疗、光声成像、核磁成像等应用价值，且粒径较小、尺寸形貌一致性好，在肿瘤诊断和治疗等 领域具有较大的应用前景。
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料UCNPs/Fe3O4@h-C的结构及磁、光、热性质合成过程示意图；
图2为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的Fe3O4(A)、UCNPs(B)和UCNPs/Fe3O4@h-C(C)的TEM图，其中上部箭头指向UCNPs，下部箭头指向Fe3O4。
图3为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料中Fe3O4(a)、UCNPs(b)及UCNPs/Fe3O4@h-C(c)的红外光谱图；
图4为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的Fe3O4(红色)及UCNPs/Fe3O4@h-C(蓝色)纳米粒子的磁滞回线图；
图5为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的UCNPs/Fe3O4@h-C明场图(A)、外加磁铁后明场图(B)及在980nm激发下暗场图(C)；
图6为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的UCNPs(紫色) 及UCNPs/Fe3O4@h-C(红色)纳米粒子的上转换荧光光谱图；
图7为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，不同浓度的UCNPs/Fe3O4@h-C样品的紫外-可见-近红外吸收光谱图；
图8为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，不同浓度的UCNPs/Fe3O4@h-C在980nm激发光照射下的温度变化图(A)、稳定性曲线(B)和红外 热成像图(C)；
图9为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用测试图，200μg/mL UCNPs/Fe3O4@h-C溶液在908nm照射7min后温度冷却曲线(A)及-Lnθ对时间作 图，线性拟合，得到时间常数τs；
图10为本发明实施例制备的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用测试图，不同浓度的T2加权MRI图和元素映射图(A)；Fe浓度对1/T2作图，线性拟合得到弛豫常数 r2(B)。
具体实施方式
请参见附图1～10，以下通过实施例和附图对本发明的技术方案进行细致说明。
实施例：
一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其是一种基于中空炭壳包覆的空心纳米粒 子UCNPs/Fe3O4@h-C，其具体是以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)和超 顺磁性Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心炭球 的内部，制备而成的空心炭包覆UCNPs和Fe3O4合成的核壳结构纳米粒子。
所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其中的超顺磁性Fe3O4和UCNPs被限定在空腔内部，炭壳壁起到保护隔离作用，使其免受外界环境的影响而稳定存在；且其纳米粒子形状差异小、颗粒形貌尺寸均一，具有良好的稳定性、水溶性、生物相容性；同时又 具有MRI和UCL；所述的炭层能将吸收的光转化为热，使该材料又具备光热转换效果。
所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)分别合成油酸稳定的Fe3O4纳米粒子，和核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶；
(2)多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成：以2，4-二羟基苯甲酸(DA)为碳 源前驱体，油酸钠(NaOA)为软模板剂，DA和六次甲基四胺(HMT)之间的弱酸弱碱 相互作用使溶液呈酸性，pH为2.98，UCNPs和Fe3O4纳米粒子在此作用下被引入到空心炭 球的内部；在水热条件下，HMT分解成NH3和HCHO产生空腔结构，同时在受热过程中油 酸钠乳滴受热膨胀，使空腔体积变大；在Ar(95％)和H2(5％)惰性气氛下程序升温至 500℃，使DA还原形成炭壳，最终合成空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h-C，即制得基于中 空碳球的光、热、磁复合材料。
所述步骤(1)中油酸稳定的磁性Fe3O4纳米粒子的合成，具体包括如下步骤：
1)分别称取10.8g FeCl3·6H2O、36.5g油酸钠于500mL的二颈瓶中，再加入60mL 去离子水、80mL乙醇和140mL正己烷的混合溶液，超声溶解，加热至70℃，冷凝回流 4h；
2)反应结束后降温至室温，在分液漏斗中静置分层，取上层有机相，在加入30mL水混合均匀，静置分层，取上层有机相，重复此步骤数次，最后将上层有机相倒入烧杯中，烘干得到红棕色的蜡状固体，即油酸铁前驱体；
3)在100mL烧杯中加入4.5g油酸铁前驱体，再加入0.7125g OA和32mL ODE， 超声数分钟使固体完全溶解，将溶液转移至100mL的三颈瓶中，升温至110℃除去可能 残留的水分和正己烷；
4)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中程 序升温至320℃(3.3℃·min-1)并维持30min，在氩气氛围中冷却至室温；
5)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约62.5mL无水乙醇，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL环 己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用无水乙醇、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即得到油酸修饰的Fe3O4纳米粒子，即油酸稳定的磁性 Fe3O4纳米粒子。
所述步骤(1)中核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶的合成，具 体包括如下步骤：先进行稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，再进行核壳结构稀 土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4的合成。
其中，所述稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，具体步骤包括：
1)将400μL YbCl3(1M)、400μL ErCl3(0.1M)、500μL GdCl3(1M)和1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然后升温至110℃除去水 分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升温至150℃使盐溶液完 全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃ 后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃。
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至 固体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无 气泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分。
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升 温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温。
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL 环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即为NaY/GdF4:Yb,Er纳米晶。
其中，所述的核壳结构稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)的合成步骤与上述稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的步骤类似，将其中步骤1)中400 μLYbCl3(1M)、400μL ErCl3(0.1M)、500μL GdCl3(1M)用5mL NaY/GdF4:Yb,Er 代替。具体包括如下步骤：
1)将1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然 后升温至110℃除去水分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升 温至150℃使盐溶液完全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃，加入5mL NaY/GdF4:Yb,Er；
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至固 体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无气 泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分；
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升 温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温；
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL 环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、 环己烷洗2次，最后一次的上清液即为核壳结构稀土上转换纳米晶 NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)。
所述的步骤(2)中，多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成，具体步骤包括：
1)称取100mg NaOA于离心管中，加入5mL热水，超声使其溶解，溶解后加入137.5 μL UCNPs正己烷溶液(30mg/mL)和250μL Fe3O4正己烷溶液(30mg/mL)，超声10min， 形成水包油乳液；之后，在50℃蒸发除去正己烷，得到偏黑色的溶液；
2)分别称取0.3853g DA和0.0876g HMT于100mL烧杯中，加入95mL的去离子 水，超声溶解。将上述偏黑色溶液加入到烧杯中，混合均匀，将溶液转移至150mL反应 釜中，升温至160℃，维持4h；
3)反应结束后，降温至室温，离心，转速为8000r/min，10min，得固体。水洗3 次，乙醇洗1次，最后在50℃下烘8h，保存固体，即为UCNPs/Fe3O4@h-p；
4)惰性气体保护下，程序升温还原即得到最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C，即基于中空碳球的光、热、磁复合材料。
所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，基于UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子具备的优异的磁性能和光学性能，将其用作制备同时实现医用磁共振成像(MRI)和增强 上转换发光(UCL)成像造影剂的材料。
在其他实施例中，所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，还可以将其用作 制备近红外光热治疗与光热成像试剂的材料。
本发明实施例采用的组分及其产地说明：
Figure BDA0002485020040000111
本发明实施例合成的以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)和Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心炭球的内部，制备空心 炭包覆UCNPs和Fe3O4的核壳结构纳米粒子。超顺磁性Fe3O4和UCNPs被限定在空腔内部， 炭壳壁起到保护隔离作用，使其免受外界环境的影响而稳定存在，同时又具有MRI和UCL。 由于炭层能将吸收的光转化为热，所以材料又具备光热转换效果，原理如附图1所示。
对于本实施例制得的基于中空碳球的光、热、磁复合材料性能的检测：
1、对UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子吸收光谱测试
分别称取不同质量的UCNPs/Fe3O4@h-C溶于去离子水中，配置成50μg/mL、100 μg/mL、200μg/mL和400μg/mL溶液，利用760CRT双光束紫外可见分光光度计测四组 浓度在300-1100nm处紫外-可见-近红外吸收光谱。
2、对UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子光热性能测试
分别称取不同质量的UCNPs/Fe3O4@h-C溶于去离子水中，配置成50μg/mL、100 μg/mL、200μg/mL和400μg/mL溶液。分别取2mL溶液于5mL的玻璃瓶中，用980nm 激光作为激发光源，功率密度为1.5W·cm-1，垂直照射7min，每20s记录一次温度，测 定水和四组浓度的光热性能。此外，用980nm激光器照射不同浓度的UCNPs/Fe3O4@h-C 样品并同时进行红外热成像。为了研究光热转换效率，用功率密度为1.5W·cm-1的980nm 激光器分别连续照射水和200μg/mL样品溶液，每20s记录一次温度直到温度趋于稳定， 之后立即关掉激光器，让200μg/mL样品溶液自然冷却至室温并每20s记录温度值，维 持8min。可以通过公式(1)计算光热转换效率：
η＝(hS(T_max-T_surr)-Q_Dis)/I(1-〖10〗^(-A_980 ) ) (1)
其中，h是传热系数，S是容器的表面积，Tmax是样品溶液的最大温度，Tsurr为环境温度，QDis是样品池吸收的热量，I是入射激光的功率密度，A980是200μg/mL UCNPs/Fe3O4@h-C样品在980nm处的吸光度。hS可以根据公式(2)计算得到：
τ_s＝(m_DC_D)/hS (2)
其中，τs是样品的时间常数，mD、CD分别是溶剂的质量(0.4g)和比热常数(4.2 J/g)。
3、电磁性能检测：
磁性能表征检测：采用美国生产的lakeshore7407型振动样品磁强计表征样品的磁性 能。程序升温还原(tqr)为美国麦克2910。
附图2为Fe3O4(A)、UCNPs(B)和UCNPs/Fe3O4@h-C(C)的TEM图。
从附图2(A)中可以看出，合成的Fe3O4粒径均一，形貌规整，单分散，其粒径约 为10nm。为了增强NaY/GdF4:Yb,Er纳米晶的发光强度，在其外层包上一层壳结构NaYF4， 得到核壳结构的上转换纳米晶UCNPs。
参见附图2(B)，UCNPs大小均一，分散性好，形貌规则，其粒径在16-18nm范围 内。为了使最终产物同时具有MR成像、UCL及光热效果，我们采用软模板法合成中空炭 层，Fe3O4和UCNPs同时被包覆在空腔中，如图2(C)所示。最终合成的UCNPs/Fe3O4@h-C 纳米粒子具有巨大的空腔结构，空腔尺寸约为155nm，炭层厚度在60-68nm之内，而且 纳米粒子粒径分布比较规整，形貌为球形，并保持着良好的单分散性。其中，红色箭头代 表UCNPs纳米粒子，绿色箭头代表Fe3O4纳米粒子，这说明纳米粒子具有UCL、MRI和光 热转换能力。
为了进一步验证UCNPs和Fe3O4纳米粒子被包覆在空腔中，用红外光谱对样品进行了 表征测试。如图3所示，(a)、(b)、(c)分别为Fe3O4、UCNPs和UCNPs/Fe3O4@h-C 的红外光谱图。在图3(a)中，Fe3O4纳米粒子在2917和2852cm-1处的峰分别对应于油 酸链中亚甲基(-CH2-)的不对称和对称伸缩振动，1535cm-1处的峰对应于油酸链中的不 饱和碳氧双键(-C＝O-)的振动，1445cm-1处的峰对应于次甲基(-CH)的振动，在594cm-1处的峰对应于Fe3O4中的Fe-O键，这表明Fe3O4表面富含油酸链；在图3(b)中，UCNPs 纳米晶的油酸链中亚甲基(-CH2-)的不对称和对称伸缩振动分别在2915和2860cm-1处， 不饱和碳氧双键(-C＝O-)和次甲基(-CH)的振动分别对应于1567和1457cm-1处的峰， 说明油酸成功修饰在UCNPs表面；在图3(c)中，3411cm-1处的峰对应于羟基(-OH) 的振动，这可能是UCNPs/Fe3O4@h-C表面吸附了水分子，油酸长链中在2917、2850、1556、 1454cm-1处的振动峰增强，说明与Fe3O4和UCNPs相比，油酸的含量增加了，可能是因为 油酸修饰的UCNPs和Fe3O4纳米粒子同时被包覆在空腔中，并且在602cm-1出现的新峰对 应于Fe-O键，峰位出现了小幅度的位移，这可能是由于空腔中含有的UCNPs对其产生了 影响。以上傅里叶红外光谱图的变化可以表明最终样品中含有Fe3O4和UCNPs。
对于UCNPs/Fe3O4@h-C的磁性和发光性质的测试：
参见附图4，本发明通过振动样品磁强计(lakeshore7407，USA)在室温下测定了油酸修饰的Fe3O4和UCNPs/Fe3O4@h-C样品的磁性能。Fe3O4(红色)及UCNPs/Fe3O4@h-C (蓝色)磁滞回线如图3-4所示。磁滞回线显示通过热裂解法合成的Fe3O4纳米粒子无磁 滞及剩磁现象，呈现超顺磁性，饱和磁化强度是26.68emu/g。根据以往研究者的报告， Fe3O4的饱和磁化强度与其粒径紧密相关，一般顺磁向铁磁的过度粒径临界点在13nm左 右[122]，而且油酸修饰的Fe3O4的磁性能比块状固体优越(块状固体的饱和磁化强度一般 为88emu/g)[123]。当超小的Fe3O4纳米粒子与UCNPs共同被包覆在空腔时，我们可以观 察到UCNPs/Fe3O4@h-C的磁滞回线没有磁滞、矫顽力和剩磁现象，依然变现出超顺磁性 质，其饱和磁化强度为0.87emu/g，明显下降，这可能是因为空腔中含有一定比例的UCNPs 并且炭层包覆也对其有影响。另外一个原因可能是在合成最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C时， 部分Fe3O4被氧化成γ-Fe2O3。但是此饱和磁化强度不影响其在生物体内的应用。如图5 (A-B)所示，UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子在水溶液中有着良好的分散性，当磁铁放于 比色皿的一边提供外加磁场时，可以看到大量Fe3O4纳米粒子贴壁聚集，说明其具有良好 的磁性能。
本发明制备的复合材料的UCL成像，是在核NaY/GdF4:Yb,Er的基础上包覆了一层惰 性壳层NaYF4以提高发光强度。如图6所示，提升了UCNPs及UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒 子的上转换发光性能。在980nm近红外激发光照射UCNPs和UCNPs/Fe3O4@h-C时，二者 都在524、545和654nm处具有三个独立的特征峰，这些发射峰分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的电子跃迁。相对于UCNPs，UCNPs/Fe3O4@h-C 纳米粒子特征发射峰的位置并没有发生变化，只是峰强度和峰裂分在一定程度上下降，这 是由于部分近红外激发光和Er3+的部分发射光被Fe3O4纳米粒子非特异性吸收，但是其在 生物上的应用并不受此影响。如图5(C)，用980nm激发光照射UCNPs/Fe3O4@h-C纳米 粒子水溶液时，可以看到绿色荧光。以上测试结果说明了本发明多功能UCNPs/Fe3O4@h-C 纳米粒子具有优异的磁性能和光学性能，可以同时实现MR成像和UCL。
UCNPs/Fe3O4@h-C的体外光热效果和MR成像测试：
本发明提供的复合材料，由于炭层具有良好的吸热性能，因此能吸收近红外光转换为 热量。图7是四组不同浓度的UCNPs/Fe3O4@h-C溶液的紫外可见吸收光谱图。从图中可以看出，四种浓度的样品在980nm处皆有吸收，并且浓度增大其吸收强度也增大，50 μg/mL样品吸光度最小，400μg/mL样品吸光度最大。其中，浓度为200μg/mL的样品在 980nm吸收值为0.3。为此，本发明进行了50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL和400 μg/mLUCNPs/Fe3O4@h-C四组样品在980nm激发光照射7min的光热效果，其功率密度为 1.5W·cm-1。
如图8(A)所示，照射7min后，五条曲线都呈上升趋势，对照组纯水温度上升了 8℃，温度变化不明显；50μg/mL样品温度上升了12.2℃，100μg/mL样品温度上升了 15.2℃，二者温度上升缓慢；200μg/mL样品温度上升了25.7℃，400μg/mL样品温度上 升了34.6℃，二者上升速度很快，而且实际温度都在45℃以上，说明能够用来杀死癌细 胞。图8(C)的红外热成像也有相似的趋势。为了检测合成的UCNPs/Fe3O4@h-C纳米 粒子的热稳定性，本发明以200μg/mL溶液为例，先照射7min，再关掉激光器电源，自 然降温至室温，共做三组升温-冷却实验，并以某一时间对应的温度T减去环境温度Tsurr 得到的温度差值ΔT为纵坐标，某一时间为横坐标，进行作图，如图8(B)所示。从图8 (B)可以看出，本发明提供的复合材料有着良好的热稳定性。
本发明提供的复合材料的光热转换效率测试，如图9(A)所示，先用980nm近红外激发光照射200μg/mL UCNPs/Fe3O4@h-C溶液7min，之后立即关掉激光器让溶液自然冷 却至室温，并每隔20s记录温度值，维持8min。之后通过-Lnθ对时间作图，线性拟合， 通过计算得到此复合材料的光热转换效率为24.07％。
由于本发明制备的UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子中含有磁性物质Fe3O4，从而使样品具 有T2加权磁共振成像的作用。本发明在场强为3.0T西门子磁共振成像仪上测定T2值以验证UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子是否可以作为T2加权磁共振成像造影剂，其中，本实施例 用ICP-AES测定样品中Fe的浓度。如图10所示，可以从图10(A)元素映射图中观察到， 增大Fe浓度，UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子信号明显变暗，T2值也明显减小。之后我们将 Fe浓度与1/T2作图，可以发现它们存在明显的线性关系，其斜率为57.7，该值即为纳米 探针的r2值，单位为mM-1·S-1。
本发明的重点在于，通过新的制备方法及材料组分，合成一种新型的中空炭层包覆的 UCNPs/Fe3O4@h-C多功能纳米粒子。首先，油酸钠包覆UCNPs和Fe3O4形成乳滴，呈酸性的DA和HMT溶液(pH为2.98)加入后，围绕乳滴发生聚合作用；在水热条件下，HMT 由于热稳定性差在水热过程中被分解为NH3和HCHO，形成空腔，而碳源前驱体DA在惰 性气氛下还原形成炭壳，得到最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C。在合成过程中，油酸钠为结 构导向剂，修饰UCNPs和Fe3O4，同时也是内核与碳源前驱体之间的连接剂；通过调节DA 的浓度改变炭层厚度。UCNPs吸收近红外光发射出绿色荧光，用于UCL成像；随着Fe浓 度的增加，T2值也随之降低，说明合成的纳米粒子具有磁共振成像功能；同时炭层可吸收 980nm近红外光将其转化为热，使其具有光热转换功能。根据我们所知，本文是第一篇 将UCNPs和磁性纳米粒子Fe3O4同时包覆在炭壳的空腔中，从而实现上转换发光、磁共振 成像(MRI)和光热转换(UCL)功能。
本发明并不限于上述实施方式，采用与其相同或者相似方法所得到的其它类似的纳米 复合材料的方法，在本发明各实施例记载的各组分取值范围内具体选择具体的数值、用于 进一步改善水溶性以及功能化的不同的有机分子等，均在本发明保护范围内，本发明实施 例不再一一列出。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其特征在于，其是一种基于中空炭壳包覆的空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h-C，其具体是以油酸稳定的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)和超顺磁性Fe3O4为内核，通过弱酸弱碱相互作用将UCNPs和Fe3O4纳米粒子引入到空心炭球的内部，制备而成的空心炭包覆UCNPs和Fe3O4合成的核壳结构纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料，其特征在于，其中的超顺磁性Fe3O4和UCNPs被限定在空腔内部，炭壳壁起到保护隔离作用，使其免受外界环境的影响而稳定存在；且其纳米粒子形状差异小、颗粒形貌尺寸均一，具有良好的稳定性、水溶性、生物相容性；同时又具有磁共振成像(MRI)和上转换发光(UCL)成像功能；所述的炭层能将吸收的光转化为热，使该材料又具备光热转换效果。
3.如权利要求1所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)分别合成油酸稳定的Fe3O4纳米粒子，和核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶；
(2)多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成：以2，4-二羟基苯甲酸(DA)为碳源前驱体，油酸钠(NaOA)为软模板剂，DA和六次甲基四胺(HMT)之间的弱酸弱碱相互作用使溶液呈酸性，pH为2.98，UCNPs和Fe3O4纳米粒子在此作用下被引入到空心炭球的内部；在水热条件下，HMT分解成NH3和HCHO产生空腔结构，同时在受热过程中油酸钠乳滴受热膨胀，使空腔体积变大；在Ar(95％)和H2(5％)惰性气氛下程序升温至500℃，使DA还原形成炭壳，最终合成空心纳米粒子UCNPs/Fe3O4@h-C，即制得基于中空碳球的光、热、磁复合材料。
4.如权利要求3所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中油酸稳定的磁性Fe3O4纳米粒子的合成，具体包括如下步骤：
1)分别称取10.8g FeCl3·6H2O、36.5g油酸钠于500mL的二颈瓶中，再加入60mL去离子水、80mL乙醇和140mL正己烷的混合溶液，超声溶解，加热至70℃，冷凝回流4h；
2)反应结束后降温至室温，在分液漏斗中静置分层，取上层有机相，在加入30mL水混合均匀，静置分层，取上层有机相，重复此步骤数次，最后将上层有机相倒入烧杯中，烘干得到红棕色的蜡状固体，即油酸铁前驱体；
3)在100mL烧杯中加入4.5g油酸铁前驱体，再加入0.7125g OA和32mL ODE，超声数分钟使固体完全溶解，将溶液转移至100mL的三颈瓶中，升温至110℃除去可能残留的水分和正己烷；
4)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中程序升温至320℃(3.3℃·min-1)并维持30min，在氩气氛围中冷却至室温；
5)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约62.5mL无水乙醇，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用无水乙醇、环己烷洗2次，最后一次的上清液即得到油酸修饰的Fe3O4纳米粒子，即油酸稳定的磁性Fe3O4纳米粒子。
5.如权利要求3所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中核壳结构的NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(UCNPs)纳米晶的合成，具体包括如下步骤：先进行稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，再进行核壳结构稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4的合成。
6.如权利要求5所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，其中，所述稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er的合成，具体包括如下步骤：
1)将400μL YbCl3(1M)、400μL ErCl3(0.1M)、500μL GdCl3(1M)和1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然后升温至110℃除去水分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升温至150℃使盐溶液完全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃。
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至固体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无气泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分。
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温。
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、环己烷洗2次，最后一次的上清液即为NaY/GdF4:Yb,Er纳米晶。
7.如权利要求5所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中核壳结构稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(简写为UCNPs)的合成，具体包括如下步骤：
1)将1100μL YCl3(1M)水溶液加入到100mL的三颈瓶中，加入磁力搅拌子，然后升温至110℃除去水分，待烧瓶底部的稀土盐完全变成白色粉末时加入12mL OA，升温至150℃使盐溶液完全溶解并形成橙黄色溶液。将上述溶液降温至120℃，加入30mL ODE，然后升温至150℃后立即停止加热。将上述溶液冷却至60℃，加入5mL NaY/GdF4:Yb,Er；
2)分别称取0.2g NaOH、0.3g NH4于50mL离心管中，加入20mL甲醇，超声至固体完全溶解，逐滴将混合溶液加入上述三颈瓶中，升温至90℃，除甲醇约20min至无气泡产生，在升温至110℃除去可能残留的水分；
3)将三颈瓶上连接空气冷凝管，油泵抽真空约30min，确保除掉三颈瓶中的空气。之后，反复通氩气-抽真空-通氩气这个过程3次，确保体系为氩气氛围。在氩气氛围中升温至300℃并维持1h，在氩气氛围下冷却至室温；
4)待温度冷却至室温后进行纯化处理，向反应液中加入约等体积的丙酮40mL，磁力搅拌数分钟，离心，转速为10000r/min，10min，得固体。将得到的固体分散在40mL环己烷中，超声溶解，离心，转速为2000r/min，10min，取其上清液，再接着用丙酮、环己烷洗2次，最后一次的上清液即为核壳结构稀土上转换纳米晶NaY/GdF4:Yb,Er@NaYF4(即UCNPs)。
8.如权利要求3所述的基于中空碳球的光、热、磁复合材料的制备方法，其特征在于，
所述的步骤(2)，多功能纳米材料UCNPs/Fe3O4@h-C的合成，具体步骤为：
1)称取100mg NaOA于离心管中，加入5mL热水，超声使其溶解，溶解后加入137.5μLUCNPs正己烷溶液(30mg/mL)和250μL Fe3O4正己烷溶液(30mg/mL)，超声10min，形成水包油乳液；之后，在50℃蒸发除去正己烷，得到偏黑色的溶液；
2)分别称取0.3853g DA和0.0876g HMT于100mL烧杯中，加入95mL的去离子水，超声溶解。将上述偏黑色溶液加入到烧杯中，混合均匀，将溶液转移至150mL反应釜中，升温至160℃，维持4h；
3)反应结束后，降温至室温，离心，转速为8000r/min，10min，得固体。水洗3次，乙醇洗1次，最后在50℃下烘8h，保存固体，即为UCNPs/Fe3O4@h-p；
4)惰性气体保护下，程序升温还原即得到最终产物UCNPs/Fe3O4@h-C，即基于中空碳球的光、热、磁复合材料。
9.如权利要求1或2所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，其特征在于，基于UCNPs/Fe3O4@h-C纳米粒子具备的优异的磁性能和光学性能，将其用作制备同时实现医用磁共振成像(MRI)和增强上转换发光(UCL)成像造影剂的材料。
10.如权利要求1或2所述基于中空碳球的光、热、磁复合材料的应用，其特征在于，将其用作制备近红外光热治疗与光热成像试剂的材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112168983A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 复旦大学 一种诊疗一体的中空碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN112420403A (zh) * 2020-10-28 2021-02-26 山东大学 一种上转换组装体及其制备方法与应用

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