CN114381005B - 一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs、制备方法及其应用 - Google Patents

一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，该材料是以稀土纳米晶为核，通过外延生长的方法在包覆一层稀土纳米晶的壳，然后将稀土纳米晶表面进行修饰PVP，在其表面生长双金属掺杂的ZIF‑8，该结构的纳米晶具有明显增强的上下转换发光性能，可实现体内上转换荧光成像及近红外二区成像。经过激光照射后可以激发半导体，产生活性氧和氧气，掺杂在最外壳层的Fe2+、Mn2+在游离的状态下可与瘤内的过氧化氢发生类芬顿效应实现化学动力学治疗，同时瘤内的谷胱甘肽也会被消耗。因此，这种纳米复合材料不仅可以实现体内双模式光学成像，还对具有肿瘤细胞具有光动力、化学动力学协同治疗效果，在进行癌症的诊断和治疗方面都具有较好的应用。

Description

一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及发光MOFs制备技术领域，尤其涉及一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs、制备方法及其应用。
背景技术
镧系掺杂的纳米粒子(LDNPs)以其突出的光学特性而闻名，并已被广泛应用于生物应用，特别是生物分析和医学成像。近年来，近红外(NIR)波长范围因其快速反馈、高空间分辨率和深组织穿透能力而受到广泛关注。在实现基于光学成像的多模态成像方面，LDNPs也有很大的潜力。在光学成像方面，由于光子散射和自荧光的显著抑制，目前的研究重点已从传统的短波窗口转向第二近红外窗口(NIR-II，1000～1700nm)。与无机量子点、碳纳米管、染料分子等荧光NIR-II探针相比，LDNPs具有发光谱带窄、稳定性好、生物安全性高等无可比拟的优点。
金属-有机骨架材料(MOFs)由于具有孔隙率高、比表面积大、孔径可调等优异的固有特性，被广泛应用于气体分离与存储、催化、传感、生物成像和药物传递等领域。锌沸石咪唑框架-8(ZIF-8)由锌离子和2-甲基咪唑组成，是一种潜在的抗癌药物载体。ZIF-8是无毒和生物相容性的金属～有机框架，因为锌是生物学中含量第二丰富的过渡金属，而且咪唑基团是氨基酸组氨酸的组成部分。由于质子化的影响，锌和咪唑配体之间的配位在pH为5.0～6.0时解离。因此，它在酸性肿瘤微环境(pH＝5～6)中表现出快速pH敏感性，同时在正常生理条件下保持稳定的良好特性。而且ZIF-8可被紫外光激发，产生为超氧自由基(·O2-)的活性氧，活性氧的强氧化性可以杀伤肿瘤细胞，实现对肿瘤的光动力学治疗。通常，由于其紫外吸收特性，ZIF-8通常表现出非常大的带隙，激发光只能局限于紫外光的利用范围。因此，将ZIF-8这种金属有机框架的带隙工程开发到可见光活性区域，并使得其能够在体内实现被可见光激发后的光动力学效应，产生抗癌的作用，在已有的报道中，铁的掺杂可以改变ZIF-8的带隙，使得ZIF-8被可将光的利用拓展到560nm波长以内的区域，然而，制备出铁锰共掺杂的ZIF-8，使得被光的激发拓展到整个可见光区域，还没有被报道。因此，研究者一直想制备出种可发射出较强纯红光上转换纳米晶，并在其壳层包覆一种双金属掺杂的ZIF-8结构，使得被上转换纳米晶发射出的红光可被壳层的ZIF-8吸收，激发壳层的ZIF-8产生活性氧实现肿瘤部位的光动力学治疗和体内的成像，在肿瘤微酸性环境下降解后的Fe2+、Mn2+等金属离子可催化肿瘤内的过氧化氢分解产生氧气，解决肿瘤的乏氧问题，并在Fe2+、Mn2+等金属离子的作用下产生类芬顿效应，产生·OH，实现化学动力学治疗。
综上，制备出这种LDNPs和铁锰双金属共掺杂的ZIF-8结合的纳米复合材料，用于体内的上转换荧光、近红外二区(NIR-II)双模式光学成像，同时，实现对肿瘤的光动力学和化学动力学治疗，还没有被报道过。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs，所述Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs的化学表达式为：LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8，其中，“@”表示包覆，英文含义为Fe/Mn co-doped ZIF-8coated lanthanide-doped nanoparticles。
本发明的另一个目的在于提供一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs的制备方法，包括以下步骤：
S1，采用稀土金属铥、铒的氧化物和浓盐酸反应后得到稀土金属铥、铒的氯化物盐，再采用稀土金属钆、镱、铈的氧化物和三氟乙酸反应后得到稀土金属钆、镱、铈的三氟乙酸盐；
S2，利用步骤S1中制得的稀土金属铥、铒的氯化物盐为原料，采用高温溶剂热法制备NaErF4:Tm核纳米晶；
S3，将稀土金属钆、镱、铈的三氟乙酸盐加入步骤S2中得到的核纳米晶NaErF4:Tm中，采用高温溶热合成法，包覆核纳米晶，得到核-壳结构的纳米晶NaErF4:1％Tm@NaGdF4:20％Yb,30％Ce。简称为LDNPs
S4，在步骤S3中得到的LDNPs表面修饰上PVP(中文名称：聚乙烯吡咯烷酮)，得到LDNPs@PVP。
S5，取一定量在步骤S4中得到的LDNPs@PVP、六水合硝酸锌、七水合硫酸亚铁、四水合氯化锰、2～甲基咪唑、甲醇一起加入至100mL三口烧瓶中，得到LDNPs@Fe/Mn～ZIF-8。
优选的，步骤S1中具体包括：
在室温下，分别取10～30mmol稀土金属镱和铒的氧化物和60～180mmol盐酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10～30mL蒸馏水并继续反应0.5～1h后，冷却并过滤得到稀土金属氯化物盐溶液，继续在60～80℃加热蒸发至三氯化物盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的氯化物盐；
在室温下，分别取10～30mmol稀土金属钆、镱、铈的氧化物和60～180mmol盐酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10～30mL蒸馏水并继续反应0.5～1h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在60～80℃加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐。
优选的，步骤S2主要包括：
先将270～280mg氯化铒，2～3mg氯化铥，6～8mL油酸和15～17mL十八烯加入至圆底烧瓶混合在一起。在真空条件下，磁力搅拌并加热至100～120℃保持30～50min，随后将混合物在N2保护下加热至150～160℃保持30～50min，然后冷却至室温；然后，将含有0.11～0.12g氢氧化钠和0.14～0.16g氟化铵的10～12mL甲醇溶液缓慢加入烧瓶中，室温条件搅拌1h左右；随后，在真空状态下缓慢加热混合溶液至100～120℃，保持30～50min，然后将混合溶液在氮气气氛下升温至300～310℃并保持1～1.2h。最后，将混合物冷却至室温。产物用乙醇和环己烷离心洗涤3～5次，分散于5～7mL环己烷，得NaErF4:Tm的核纳米晶。
优选的，步骤S3主要包括：
将先前获得的5～7mL环己烷溶液加入100mL的三颈烧瓶中。然后将70～90mg三氟乙酸铈、110～130mg三氟乙酸钆、40～60mg三氟乙酸镱、100～130mg三氟乙酸钠、10～15mL油酸和10～18mL十八烯添加到烧瓶中，在真空条件下，磁力搅拌并加热至90～130℃保持40～60min后，将混合溶液在氮气保护下进一步加热至200～300℃并保持1h，降至室温后离心，得产物为LDNPs。将所得样品离心并分散在5～10mL环己烷中以备进一步使用。
优选的，步骤S4主要包括：
先将5～10mL LDNPs的环己烷溶液与10～20mL无水乙醇混合，随后逐滴加入0.5～1.5mL(0.2～0.4M)(M＝mol/L)的盐酸，充分超声处理1～5h之后离心，后用酸性(pH为3～5)的盐酸中超声5–10min，然后离心，分散在5～10mL乙醇中。然后将已分散好0.1～0.5g PVP的5～10mL乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入先前的5–10mL乙醇溶液中。搅拌12～24h后，可得到PVP包覆的LDNPs。最后，并用乙醇洗涤以去除过量的PVP分子，通过离心从溶液中收集得产物(LDNPs@PVP)。
优选的，步骤S5主要包括：
将1～5mL已经过PVP修饰的LDNPs分散在10～15mL甲醇溶液中。将1～5mL上述的甲醇溶液，50～90mg六水合硝酸锌、3～9mg七水合硫酸亚铁、3～8mg四水合氯化锰混合在一起并搅拌0.5–1.5h。随后将已分散了20～40mg 2-甲基咪唑的5～15mL甲醇溶液滴加到混合物中。在氮气保护条件下，以最大限度地减少Fe(II)到Fe(III)物种的氧化反应。然后让混合物在40～70℃下搅拌10～20h。之后通过离心，用甲醇洗涤1～3次以去除未反应的金属离子和2-甲基咪唑，收集LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8产物，所得的产物在80～100℃真空干燥箱中过夜干燥活化。
本发明的最后一个目的在于提供了一种采用上述Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法制得的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs在生物成像探针或药物载体上的应用。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，采用高温溶剂热法和外延生长法制备LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8纳米复合材料。本发明中采用的方法简单易行，所生成的发光MOFs分散性好，粒径分布均匀，粒径小、且绿色环保；由于在LDNPs的核内铒离子掺杂浓度为99％，Tm3+掺杂浓度为1％，它在980nm近红外(NIR)激光激发下发出超亮红色发射。Er3+既是敏化剂又是活化剂，以实现核心纳米晶体的有效上转换过程。
为了减轻由Er3+和内部晶格缺陷之间的能量迁移引起的发光猝灭，在核中引入了Tm3+作为能量俘获中心以通过能量反向转移途径(Er3+-Tm3+-Er3+)来限制Er3+的能量。纳米晶壳层中掺杂的Yb3+极大提高了对近红外光子的捕获能力，提高了光子能量从壳纳米晶向核纳米晶能量转移效率，从而极大增强了纳米晶的上转换发射强度，而纳米晶壳层中掺杂的Ce3+和核纳米晶中的Er3+之间的交叉弛豫极大的增强了铒在1525nm处的发射强度，核壳结构的纳米晶包覆了Fe/Mn双金属掺杂的ZIF-8结构，使得被980nm光激发以后，纳米晶上转换发射出的光通过能量共振转移到外层的ZIF-8表面，实现对ZIF-8上转换光的充分吸收，而ZIF-8结构中Fe/Mn/Zn为1:1:8的掺杂比例，不但没有破坏ZIF-8的结构，还大大减小了ZIF-8的带隙，使得纳米晶上转换出的红光能够激发外层半导体ZIF-8，ZIF-8被光激发后发生电子和空穴的分离，电子可与表面的氧气作用产生超氧自由基(·O2 -)，对肿瘤细胞产生杀伤作用，实现化学动力学治疗。而空穴可与表面接触的过氧化氢反应产生氧气，解决肿瘤的乏氧问题，而且壳层的ZIF-8在肿瘤微酸性环境下响应酸降解，降解后游离的Fe2+、Mn2+可在肿瘤微环境中与瘤内的过氧化氢发生类芬顿效应产生·OH，对肿瘤细胞产生杀伤作用，实现化学动力学治疗，被氧化后的Fe3+、Mn4+可与瘤内的谷胱甘肽反应，被还原成可Fe2+、Mn2 +，这样既可以消耗瘤内过量的还原性谷胱甘肽，又可以产生可以循环的Fe2+、Mn2+，实现在肿瘤内循环的氧化还原反应，对肿瘤进行化学动力学治疗，因此，该纳米复合材料进入肿瘤后可以实现对肿瘤的光动力学和化学动力学协同治疗的效应，此外，本发明中产品的双金属掺杂的双模式发光的MOFs在发挥体内诊断和治疗功能后，能够生物体内降解为可被活体代谢的无害产物，降解后的金属离子Fe、Zn等元素都是人体所必需微量元素，对人体健康的保持有一定的帮助，因此，这这种复合材料可以作为一种潜在的诊疗一体化纳米平台。
附图说明：
图1是实施例1中采用高温溶剂热法制备的核纳米晶的透射电子显微镜图片；
图2是实施例1中采用外延生长法连续包覆制备的核壳纳米晶的透射电子显微镜图片；
图3是实施例1中在核壳纳米晶表面生长掺杂铁和锰元素的ZIF-8所得到的双模式转换MOFs透射电子显微镜图片；
图4是实施例1中得到的核纳米晶与核壳纳米晶的X射线衍射图谱及六方晶相NaErF4、NaGdF4的标准卡片；
图5采用980nm激光激发的实施例1中的核纳米晶及核壳纳米晶的上转换发射光谱图；
图6采用980nm激光激发的实施例1中的核纳米晶及核壳纳米晶的下转换发射光谱图。
图7为Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的氮气吸附-脱附曲线。
图8为Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs其对应的孔径分布曲线。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，包括以下步骤：
(1)核壳结构纳米晶的制备：第一步，先合成核纳米晶，先将270mg氯化铒，2.75mg氯化铥，6mL油酸和15mL十八烯加入至圆底烧瓶混合在一起。在真空条件下，磁力搅拌并加热至100℃保持30min，随后将混合物在N2保护下加热至150℃保持30min，然后冷却至室温。之后，将含有0.1g氢氧化钠和0.14g氟化铵的10mL甲醇溶液缓慢加入烧瓶中，室温条件搅拌1h左右。随后，在真空状态下缓慢加热混合溶液至100℃，保持30min，然后将混合溶液在氮气气氛下升温至300℃并保持1h。最后，将混合物冷却至室温。产物用乙醇和环己烷离心洗涤3次，分散于5mL环己烷，得NaErF4:Tm的核纳米晶，第二步，将先前获得的5mL环己烷溶液加入100mL的三颈烧瓶中。然后将70mg三氟乙酸铈、110mg三氟乙酸钆、40mg三氟乙酸镱、100mg三氟乙酸钠、15mL油酸和15mL十八烯添加到烧瓶中，在真空条件下，磁力搅拌并加热至120℃保持30min后，将混合溶液在氮气保护下进一步加热至300℃并保持1h，降至室温后离心，得产物为LDNPs。将所得样品离心并分散在5mL环己烷中以备进一步使用。
(2)LDNPs@PVP的制备：先将5mL LDNPs的环己烷溶液与10mL无水乙醇混合，随后逐滴加入1.3mL(0.1M)(M＝mol/L)的盐酸，充分超声处理1h之后离心，后用酸性(pH＝3)的乙醇溶液然后离心，分散在10mL乙醇中。然后将已分散好0.3g PVP的5mL乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入先前的10mL乙醇溶液中。搅拌22h后，可得到PVP包覆的LDNPs。最后，并用乙醇洗涤以去除过量的PVP分子，通过离心从溶液中收集得产物LDNPs@PVP。
(3)LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8的制备：将1mL已经过PVP修饰的LDNPs分散在10mL甲醇溶液中。将1mL上述的甲醇溶液，59mg六水合硝酸，7mg七水合硫酸亚铁、5mg四水合氯化锰混合在一起并搅拌1h。随后将已分散了40mg 2-甲基咪唑的6mL甲醇溶液滴加到混合物中。在氮气保护条件下，以最大限度地减少Fe(II)到Fe(III)物种的氧化反应。然后让混合物在40℃下搅拌10h。之后通过离心，用甲醇洗涤2次以去除未反应的金属离子和2-甲基咪唑，收集LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8产物。所得的产物在80℃真空干燥箱中过夜干燥活化。
将实施例1中得到的核纳米晶、核壳纳米晶、双模式发光MOFs进行透射电子显微镜观察其形貌表征和X-射线衍射进行其结构表征，其中透射电子显微镜图依次为图1、图2、图3所示；X射线衍射图谱及六方晶相NaErF4、NaGdF4的标准卡片如图4所示。采用980nm激光激发核纳米晶和核壳纳米晶，得到的上转换发射光谱图如图5所示，得到的下转换发射光谱图如图6所示，图7为双模式发光MOFs纳米复合材料的氮气吸附与脱附曲线，参考IUPAC命名法，发现曲线属于IV型等温线，具有典型的介孔结构。图8为其对应的孔径分布曲线。这种双模式发光MOFs的比表面积和孔径分别为为992.14cm3/g和1.92nm。
实施例2
本实施例提供了一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，包括以下步骤：(1)核壳结构纳米晶的制备：第一步，先合成核纳米晶，先将270.5mg氯化铒，2.8mg氯化铥，7mL油酸和16mL十八烯加入至圆底烧瓶混合在一起。在真空条件下，磁力搅拌并加热至110℃保持40min，随后将混合物在N2保护下加热至155℃保持40min，然后冷却至室温。之后，将含有0.11g氢氧化钠和0.15g氟化铵的11mL甲醇溶液缓慢加入烧瓶中，室温条件搅拌1h左右。随后，在真空状态下缓慢加热混合溶液至110℃，保持35min，然后将混合溶液在氮气气氛下升温至305℃并保持1.1h。最后，将混合物冷却至室温。产物用乙醇和环己烷离心洗涤3次，分散于6mL环己烷，得NaErF4:Tm的核纳米晶，第二步，将先前获得的6mL环己烷溶液加入100mL的三颈烧瓶中。然后将80mg三氟乙酸铈、115mg三氟乙酸钆、45mg三氟乙酸镱、131mg三氟乙酸钠、16mL油酸和16mL十八烯添加到烧瓶中，在真空条件下，磁力搅拌并加热至110℃保持50min后，将混合溶液在氮气保护下进一步加热至305℃并保持1h，降至室温后离心，得产物为LDNPs。将所得样品离心并分散在6mL环己烷中以备进一步使用。
(2)LDNPs@PVP的制备：先将6mL LDNPs的环己烷溶液与11mL无水乙醇混合，随后逐滴加入1.4mL(0.1M)(M＝mol/L)的盐酸，充分超声处理1.5h之后离心，后用酸性(pH＝4)的乙醇溶液然后离心，分散在11mL乙醇中。然后将已分散好0.4g PVP的6mL乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入先前的10mL乙醇溶液中。搅拌23h后，可得到PVP包覆的LDNPs。最后，并用乙醇洗涤以去除过量的PVP分子，通过离心从溶液中收集得产物LDNPs@PVP。
(3)LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8的制备：将1.1mL已经过PVP修饰的LDNPs分散在11mL甲醇溶液中。将1.1mL上述的甲醇溶液，58mg六水合硝酸，6.9mg七水合硫酸亚铁、4.95mg四水合氯化锰混合在一起并搅拌1h。随后将已分散了40mg 2-甲基咪唑的5mL甲醇溶液滴加到混合物中。在氮气保护条件下，以最大限度地减少Fe(II)到Fe(III)物种的氧化反应。然后让混合物在41℃下搅拌11h。之后通过离心，用甲醇洗涤2次以去除未反应的金属离子和2-甲基咪唑，收集LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8产物。所得的产物在90℃真空干燥箱中过夜干燥活化。
实施例3
本实施例提供了一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs、制备方法及其应用，包括以下步骤：(1)核壳结构纳米晶的制备：第一步，先合成核纳米晶，先将271mg氯化铒，2.85mg氯化铥，8mL油酸和17mL十八烯加入至圆底烧瓶混合在一起。在真空条件下，磁力搅拌并加热至120℃保持50min，随后将混合物在N2保护下加热至160℃保持50min，然后冷却至室温。之后，将含有0.12g氢氧化钠和0.16g氟化铵的12mL甲醇溶液缓慢加入烧瓶中，室温条件搅拌1h左右。随后，在真空状态下缓慢加热混合溶液至120℃，保持40min，然后将混合溶液在氮气气氛下升温至310℃并保持1.2h。最后，将混合物冷却至室温。产物用乙醇和环己烷离心洗涤3次，分散于7mL环己烷，得NaErF4:Tm的核纳米晶，第二步，将先前获得的7mL环己烷溶液加入100mL的三颈烧瓶中。然后将90mg三氟乙酸铈、120mg三氟乙酸钆、50mg三氟乙酸镱、132mg三氟乙酸钠、17mL油酸和17mL十八烯添加到烧瓶中，在真空条件下，磁力搅拌并加热至120℃保持40min后，将混合溶液在氮气保护下进一步加热至310℃并保持1h，降至室温后离心，得产物为LDNPs。将所得样品离心并分散在7mL环己烷中以备进一步使用。
(2)LDNPs@PVP的制备：先将7mL LDNPs的环己烷溶液与12mL无水乙醇混合，随后逐滴加入1.5mL(0.1M)(M＝mol/L)的盐酸，充分超声处理2h之后离心，后用酸性(pH＝5)的乙醇溶液然后离心，分散在12mL乙醇中。然后将已分散好0.5g PVP的7mL乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入先前的12mL乙醇溶液中。搅拌24h后，可得到PVP包覆的LDNPs。最后，并用乙醇洗涤以去除过量的PVP分子，通过离心从溶液中收集得产物LDNPs@PVP。
(3)LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8的制备：将1.2mL已经过PVP修饰的LDNPs分散在12mL甲醇溶液中。将1.2mL上述的甲醇溶液，60mg六水合硝酸，8mg七水合硫酸亚铁、6mg四水合氯化锰混合在一起并搅拌1h。随后将已分散了40mg 2-甲基咪唑的7mL甲醇溶液滴加到混合物中。在氮气保护条件下，以最大限度地减少Fe(II)到Fe(III)物种的氧化反应。然后让混合物在42℃下搅拌12h。之后通过离心，用甲醇洗涤2次以去除未反应的金属离子和2-甲基咪唑，收集LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8产物。所得的产物在100℃真空干燥箱中过夜干燥活化。
需要说明的是，本发明中提供的Fe/Mn双金属掺杂的双模式成像的MOFs是一种具有较强上下转换发光的纳米复合材料，采用的制备方法简单易行，所生成的发光MOFs分散性好，粒径分布均匀，粒径小、且绿色环保；由于在LDNPs的核内铒离子掺杂浓度为99％，Tm3+掺杂浓度为1％，它在980nm近红外(NIR)激光激发下发出超亮红色发射。Er3+既是敏化剂又是活化剂，以实现核心纳米晶体的有效上转换过程。为了减轻由Er3+和内部晶格缺陷之间的能量迁移引起的发光猝灭，在核中引入了Tm3+作为能量俘获中心以通过能量反向转移途径(Er3+-Tm3+-Er3+)来限制Er3+的能量。纳米晶壳层中掺杂的Yb3+极大提高了对近红外光子的捕获能力，提高了光子能量从壳纳米晶向核纳米晶能量转移效率，从而极大增强了纳米晶的上转换发射强度，而纳米晶壳层中掺杂的Ce3+和核纳米晶中的Er3+之间的交叉弛豫极大的增强了铒在1525nm处的发射强度，核壳结构的纳米晶包覆了Fe/Mn双金属掺杂的ZIF-8结构，使得被980nm光激发以后，纳米晶上转换发射出的光通过能量共振转移到外层的ZIF-8表面，实现对纳米晶上转换光的充分吸收，而ZIF-8结构中Fe/Mn/Zn为1:1:8的掺杂比例，不但没有破坏ZIF-8的结构，还大大减小了ZIF-8的带隙，使得纳米晶上转换出的红光能够激发外层半导体ZIF-8，ZIF-8被光激发后发生电子和空穴的分离，电子可与表面的氧气作用产生超氧自由基(·O2-)，对肿瘤细胞产生杀伤作用，实现化学动力学治疗。而空穴可与表面接触的过氧化氢反应产生氧气，解决肿瘤的乏氧问题，而且壳层的ZIF-8在肿瘤微酸性环境下响应酸降解，降解后游离的Fe2+、Mn2+可在肿瘤微环境中与瘤内的过氧化氢发生类芬顿效应产生·OH，对肿瘤细胞产生杀伤作用，实现化学动力学治疗，被氧化后的Fe3+、Mn4+可与瘤内的谷胱甘肽反应，被还原成可Fe2+、Mn2+，这样既可以消耗瘤内过量的还原性谷胱甘肽，又可以产生可以循环的Fe2+、Mn2+，实现在肿瘤内循环的氧化还原反应，对肿瘤进行化学动力学治疗，因此，该纳米复合材料进入肿瘤后可以实现对肿瘤的光动力学和化学动力学协同治疗的效应，此外，本发明中产品的双金属掺杂的双模式发光的MOFs在发挥体内诊断和治疗功能后，能够生物体内降解为可被活体代谢的无害产物，降解后的金属离子Fe、Zn等元素都是人体所必需微量元素，对人体健康的保持有一定的帮助，因此，本发明中所提供的这种复合材料可以作为一种潜在的诊疗一体化纳米平台。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs，其特征在于，其化学表达式为：LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8，其中，“@”表示包覆，LDNPs为核-壳结构的纳米晶:NaErF4:1％Tm@NaGdF4:20％Yb,30％Ce。
2.一种如权利要求1所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采用稀土金属铥、铒的氧化物和浓盐酸反应后得到稀土金属铥、铒的氯化物盐，再采用稀土金属钆、镱、铈的氧化物和三氟乙酸反应后得到稀土金属钆、镱、铈的三氟乙酸盐；
S2，利用步骤S1中制得的稀土金属铥、铒的氯化物盐为原料，采用高温溶剂热法制备NaErF 4 :Tm核纳米晶；
S3，将步骤S1中制得的稀土金属钆、镱、铈的三氟乙酸盐加入步骤S2中得到的核纳米晶中，采用高温溶剂热合成法，包覆核纳米晶，得到核-壳结构的纳米晶:NaErF4 :1％Tm@NaGdF4:20％Yb,30％Ce，记为LDNPs；
S4，在步骤S3中得到的LDNPs表面修饰上PVP，得到LDNPs@PVP；
S5，在步骤S4中得到的LDNPs@PVP表面包覆Fe/Mn双金属掺杂的ZIF-8结构，最终得到LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8。
3.根据权利要求2所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S1中采用稀土金属铥、铒的氧化物和浓盐酸反应后得到稀土金属铥、铒的氯化物盐具体包括：
在室温下，分别取10～30mmol稀土金属镱和铒的氧化物和60～180mmol盐酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10～30mL蒸馏水并继续反应0.5～1h后，冷却并过滤得到稀土金属氯化物盐溶液，继续在60～80℃加热蒸发至三氯化物盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的氯化物盐。
4.根据权利要求2所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S1中采用稀土金属钆、镱、铈的氧化物和三氟乙酸反应后得到稀土金属钆、镱、铈的三氟乙酸盐：
在室温下，分别取10～30mmol稀土金属钆、镱、铈的氧化物和60～180mmol盐酸在容器中混合均匀，混合溶液在搅拌下缓慢加热到80℃，加入10～30mL蒸馏水并继续反应0.5～1h后，冷却并过滤得到稀土金属三氟乙酸盐溶液，继续在60～80℃加热蒸发至三氟乙酸盐化合物晶体析出，烘干，得到的固体粉末为相应稀土元素的三氟乙酸盐。
5.根据权利要求2所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S2主要包括：
先将270～271mg氯化铒，2.75～2.85mg氯化铥，6～8mL油酸和15～17mL十八烯加入至圆底烧瓶混合在一起；在真空条件下，磁力搅拌并加热至100～120℃保持30～50min，随后将混合物在N 2 保护下加热至150～160℃保持30～40min，然后冷却至室温；之后，将含有0.1～0.12g氢氧化钠和0.14～0.16g氟化铵的10～12mL甲醇溶液缓慢加入烧瓶中，室温条件搅拌1h；随后，在真空状态下缓慢加热混合溶液至100～120℃，保持30～40min，然后将混合溶液在氮气气氛下升温至300～310℃并保持1～1.2h；最后，将混合物冷却至室温；产物用乙醇和环己烷离心洗涤3次，分散于5～7mL环己烷，得NaErF4:Tm的核纳米晶。
6.根据权利要求5所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S3主要包括：
将分散有NaErF4:Tm的核纳米晶的5～7mL环己烷溶液中加入100mL的三颈烧瓶中，然后将70～90mg三氟乙酸铈、110～120mg三氟乙酸钆、40～50mg三氟乙酸镱、130～132mg三氟乙酸钠、15～17mL油酸和15～17mL十八烯添加到烧瓶中，在真空条件下，磁力搅拌并加热至100～120℃保持40～60min后，将混合溶液在氮气保护下进一步加热至300～310℃并保持1h，降至室温后离心，得产物LDNPs，将所得样品离心并分散在5～7mL环己烷中以备进一步使用。
7.根据权利要求6所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S4主要包括：
先将步骤S3中得到的5～7mL LDNPs的环己烷溶液与10～12mL无水乙醇混合，随后逐滴加入1.3-1.5mL 0.1～0.12mol/L的盐酸，充分超声处理1～2h之后离心，后用酸性pH值为3～5的盐酸中超声1～1.2h，然后离心，分散在10～12mL乙醇中，然后将已分散好0.3～0.5gPVP的5～7mL乙醇溶液在剧烈搅拌下逐滴加入先前的5～7mL乙醇溶液中，搅拌22～24h后，可得到PVP包覆的LDNPs，最后，并用乙醇洗涤以去除过量的PVP分子，通过离心从溶液中收集得产物LDNPs@PVP。
8.根据权利要求7所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs的制备方法，其特征在于，步骤S5主要包括：
将1～1.2mL已经过PVP修饰的LDNPs分散在10～12mL甲醇溶液中，将1～2mL上述的甲醇溶液，58～60mg六水合硝酸锌、6～8mg七水合硫酸亚铁、4～6mg四水合氯化锰混合在一起并搅拌0.5～1.5h；随后将已分散了20～40mg 2-甲基咪唑的5～7mL甲醇溶液滴加到混合物中；在氮气保护条件下，以最大限度地减少Fe(II)到Fe(III)物种的氧化反应；然后让混合物在40～42℃下搅拌10～12h；之后通过离心，用甲醇洗涤3次以去除未反应的金属离子和2-甲基咪唑，收集LDNPs@Fe/Mn-ZIF-8产物；所得的产物在80～100℃真空干燥箱中过夜活化。
9.采用权利要求1所述的Fe/Mn双金属掺杂的双模式发光MOFs在生物成像探针或药物载体上的应用。
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CN114948995B (zh) * 2022-07-26 2022-10-25 深圳市第二人民医院(深圳市转化医学研究院) 铁锰双金属单原子纳米材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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