稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子及其制備方法，所制備的熒光納米粒子可以用于細胞熒光標記與檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的發(fā)展，各種新型納米材料在腫瘤早期診斷和治療上展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。熒光探針對腫瘤細胞進行標記后，可以實現(xiàn)癌癥的早期診斷，受到人們的廣泛關(guān)注。無機納米熒光探針材料相比于有機熒光染料展現(xiàn)出獨特性能，比如光學穩(wěn)定性好，壽命長，可實現(xiàn)多色標記等。目前，無機熒光探針材料主要有量子點、金屬納米粒子、稀土發(fā)光納米粒子等，但是這些材料存在一定的細胞毒性。
[0003]磷酸鈣例如羥基磷灰石和β -磷酸三鈣，具有良好的生物相容性和生物活性，臨床上作為補骨材料已得到廣泛應用。另外，研究表明稀土離子摻入磷酸鈣晶體結(jié)構(gòu)后可以發(fā)射出穩(wěn)定的熒光，形成一種生物相容的可用于細胞標記的熒光探針材料。
[0004]目前，沉淀法是制備稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子的常用方法。然而，沉淀法制備出的粒子具有粉體易團聚、元素比例難精確控制、摻雜元素分布不均勻等缺點。針對上述問題，發(fā)明一種聚丙烯酸溶膠凝膠法制備稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子，粉體團聚程度低且元素比例可精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子的制備方法，所制備出的稀土摻雜納米粒子尺寸分布為30?80nm，且分布均勻，同時具有較高強度熒光性能，粉體團聚程度低，稀土摻雜量為0.1 %?4 %，且稀土摻雜量及共摻雜比例可按需調(diào)節(jié)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子的制備方法，其特征在于包括有以下步驟:
[0007]I)配置硝酸鈣、稀土(REs)硝酸鹽的混合溶液；
[0008]2)往上述混合溶液中添加螯合劑聚丙烯酸(PAA)，經(jīng)高能超聲探頭超聲處理，得到膠態(tài)溶液；
[0009]3)配置磷酸氫二銨水溶液，按照(Ca+REs) /P摩爾比為1.5?1.67，室溫下，將磷酸氫二銨水溶液迅速倒入步驟2)所得膠態(tài)溶液中，攪拌混合均勻，利用稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為2?3，將所得溶液在60?80°C下蒸發(fā)水分至其體積縮小為原體積的1/5?1/4，得到凝膠；
[0010]4)將凝膠進行煅燒，保溫，制得稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粉體。
[0011]按上述方案，所述的稀土硝酸鹽中的稀土元素為Eu、Gd、Tb和Tm中的任意一種或它們的混合。
[0012]按上述方案，步驟I)中所述的硝酸鈣和稀土硝酸鹽混合后的總摩爾濃度為0.015M ?0.1002M，REs/ (Ca+REs)的摩爾比為 0.1%?4%。
[0013]按上述方案，步驟2)所述聚丙稀酸加入后濃度為0.lmg/ml?0.7mg/ml。
[0014]按上述方案，步驟3)中所述的磷酸氫二銨水溶液濃度為0.0lM?0.06M。
[0015]按上述方案，步驟4)中凝膠煅燒溫度為400?500°C，保溫時間為I?4小時。
[0016]任意一項制備方法所得的稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子。
[0017]按上述方案，所述的稀土摻雜磷酸鈣納米粒子的尺寸為30?80nm，形貌為板片狀或近似球形。
[0018]所述的稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子作為熒光標記材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域中的應用。
[0019]本發(fā)明通過一種螯合劑PAA中的羧基基團與Ca2+和REs 3+混合溶液中的陽離子進行絡合，經(jīng)高能超聲探頭超聲處理得到膠態(tài)溶液。然后，加入(ΝΗ4)2ΗΡ04?行反應，經(jīng)硝酸調(diào)節(jié)PH，蒸發(fā)水分，得到凝膠，所得凝膠在一定溫度下進行煅燒處理，制備出稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子。
[0020]在本發(fā)明方法中，螯合劑PAA和混合溶液中的鈣離子和稀土離子進行絡合反應生成穩(wěn)定的絡合物，同時通過硝酸調(diào)節(jié)PH，避免金屬離子與磷酸根生成沉淀，而隨著溶液中水分的逐漸蒸發(fā)，絡合物相互之間通過氫鍵交聯(lián)，形成凝膠。凝膠在進行煅燒熱處理時，水分迅速蒸發(fā)，變成干凝膠，顆粒之間開始發(fā)生反應生成稀土摻雜磷酸鈣粒子，而在強氧化劑硝酸根的存在下，聚丙烯酸能迅速發(fā)生劇烈的氧化還原反應，釋放出大量熱，進一步促進稀土摻雜磷酸鈣粒子的晶化。
[0021]本發(fā)明的有益效果:通過本發(fā)明方法制備出的稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子，合成溫度低，尺寸保持在納米尺度，通過溶膠凝膠方法，有效減少顆粒之間的團聚現(xiàn)象。在溶膠中，稀土離子能均勻分布，易于獲得摻雜比例精確可控的稀土摻雜磷灰石納米粒子，熒光強度高，稀土元素摻雜種類以及比例可按需調(diào)配。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1中Eu/Gd共摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的X射線衍射圖譜；
[0023]圖2為實施例1中Eu/Gd共摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的掃描電鏡形貌圖片；
[0024]圖3為實施例1中Eu/Gd共摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的透射電鏡圖片；
[0025]圖4為實施例1-6中稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子在616nm和394nm監(jiān)控波長下的熒光發(fā)射和激發(fā)光譜(a:實施例l，b:實施例2，c:實施例3，d:實施例4，e:實施例5，f:實施例6);
[0026]圖5為實施例1-6中稀土摻雜磷酸鈣熒光納米粒子在倒置熒光顯微鏡下的熒光圖(a:實施例1，b:實施例2，c:實施例3，d:實施例4，e:實施例5，f:實施例6);
[0027]圖6為實施例2中Eu/Tb共摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的X射線衍射圖譜；
[0028]圖7為實施例3中Eu/Gd共摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的X射線能譜分析；
[0029]圖8為實施例4中Eu摻雜羥基磷灰石熒光納米粒子的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0030]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的解釋說明，但是此說明不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。[0031 ] 下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0032]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0033]實施例1
[0034]首先，配置Ca (NO3) 3、Eu (NO3) 3和 Gd (NO 3) 3的混合溶液 50ml，控制 Ca 2\ Eu3+和 Gd 3+的總濃度為0.0334mol/L，其中(Eu+Gd)/(Eu+Gd+Ca)摩爾百分含量為4%，Eu/Gd摩爾比為Eu:Gd = 2:2。按照PAA加入后的濃度為0.5mg/ml，準確稱取25mg的PAA，室溫下加入到Ca (NO3) 3、Eu (NO3) 3和Gd (NO 3) 3的混合溶液中，用高能超聲探頭超聲處理4分鐘，得到膠態(tài)溶液。然后，配置(NH4)2HPO4水溶液50ml，控制PO43濃度為0.02mol/L。按照摩爾比(Ca+Eu+Gd)/P = 1.67，室溫下將50mL(NH4)2即04水溶液迅速倒入前面所得膠態(tài)溶液中，攪拌混合均勻，加入稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為3，在80°C水浴下將所得膠態(tài)溶液進行水分蒸發(fā)直至其體積縮減至25ml，得到凝膠。最后，將所得凝膠至于電爐中以20°C /min的升溫速率加熱至500°C，保溫lh，得到稀土摻雜磷酸鈣納米粒子。X射線衍射圖譜(圖1)證明產(chǎn)物晶相為HAP，掃描電鏡圖片(圖2)和透射電鏡圖片(圖3)顯示，所得納米粉體形貌為板片狀和近似球形，尺寸約為30?80nm長，無明顯團聚。產(chǎn)物的焚光光譜(圖4(a))在394nm和697nm處分別有最佳激發(fā)峰和發(fā)射峰，在熒光顯微鏡下發(fā)出明顯紅色熒光(圖5(a))。
[0035]實施例2
[0036]首先，配置Ca (NO3) 3、Eu (NO3) 3和 Tb (NO 3) 3的混合溶液 50ml，控制 Ca 2\ Eu3+和 Tb 3+的總濃度為0.1002mol/L，其中(Eu+Tb)/(Eu+Tb+Ca)的摩爾百分含量為4%，Eu/Tb摩爾比為Eu:Tb = 2:2。按照PAA加入后的濃度為0.3mg/ml，定量稱取15mg的PAA，在室溫下加入到前面所得的混合溶液中，用高能超聲探頭超聲處理4分鐘，得到膠態(tài)溶液。然后，配置(NH4)2HPO4水溶液，控制PO43摩爾濃度為0.0668mol/Lo按照摩爾比(Ca+Eu+Tb)/P = 1.5，室溫下將50mL (NH4)2HPOyK溶液迅速倒入50mL前面所得膠態(tài)溶液中，攪拌混合均勻，加入稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為3，在80°C水浴下，將前述膠態(tài)溶液蒸發(fā)水分直至其體積縮小為20ml左右，得到凝膠。最后，將所得凝膠