稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用

1.本发明涉及纳米生物材料技术领域，具体涉及一种二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.癌症发病率在我国目前仍然呈现上升趋势，并且大多数癌症发现时期已晚，从而造成治疗难度加大甚至无法治疗。因此，制备具有诊疗一体化功能的新型复合材料已然成为癌症治疗的新热点。
3.现有技术中，金属有机框架由于其可调的物理和化学性质，包括高孔隙率、明确的拓扑结构、组分多样性以及多个配位位点，是催化和生物医学应用中最杰出的候选者之一。特别是纳米级卟啉金属有机框架，其中卟啉衍生分子均匀地分散在整个金属有机框架基质中，作为光动力治疗中单线态氧快速生成和扩散的强大光收集平台而受到更广泛的关注。然而，这种单线态氧生成系统强烈依赖于大量氧气的供应，而在低氧的肿瘤微环境中氧气是不足的。
4.现有技术解决乏氧的方法有很多，例如直接利用载有氧气的纳米颗粒，或是利用类过氧化氢酶(pt、au等)、天然过氧化氢酶将肿瘤细胞内过氧化氢转化为氧气，以缓解肿瘤缺氧，增强光动力治疗效果。天然酶具有一些固有缺陷，如稳定性低、价格昂贵等，大大限制了其在生物医学领域的实际应用。pt、au等重金属虽稳定性比天然酶优秀，同时也具有良好的催化作用，但是毒性较大。所以寻找稳定性强、毒性小的过氧化氢催化酶是非常有必要的。
5.现有技术发现，到目前为止，可见光对组织的穿透能力差已经成为卟啉金属有机框架深度光动力治疗应用的障碍，因此有必要开发一种技术来拓宽基于金属有机框架的光收集系统。上转换稀土纳米晶是一种有前途的波长移动平台，可以调节金属有机框架的光收集特性。然而，由于金属有机框架存在较大的晶格错配和不可控的成核/生长速率，高结晶上转换稀土纳米晶和金属有机框架纳米晶体的可控精确自组装仍然是一个巨大的挑战。
6.目前，荧光成像已经成为光学成像技术中的研究热点之一，这是由于荧光成像具有灵敏度高、对细胞和生物组织无损伤等优点。稀土上转换纳米晶除了具有拓宽基于金属有机框架的光收集系统以外，也可实现上转换荧光成像，这种低能激发高能发射的方式用于生物成像既可消除生物背景荧光干扰，也可具有设定的组织穿透深度。磁共振成像能够对组织进行三维成像，无穿透深度的限制，并且具有良好的空间分辨率。然而，磁共振成像的灵敏度不够高，很难进行细胞和组织层次的成像。因此，将上转换荧光成像和磁共振成像结合在一起，就可以同时实现成像的高灵敏度和高分辨率，提高癌症早期的确诊率。
7.因此研究一种新的双模态诊断、治疗一体化的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料，是非常有必要的。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于，针对现有技术中诊疗分离化、肿瘤乏氧环境下光动力治疗效果差、高结晶金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶精确自组装可控合成难的问题，提供一种稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，使用“溶剂辅助自组装”的方法可控合成金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构，并且在金属有机框架表面原位生长二氧化锰，得到多层结构的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料；该复合材料在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的。除此之外，该复合材料可以实现上转换荧光成像和磁共振成像。
9.本发明还提供该复合材料的制备方法，并且优化其制备工艺。
10.本发明还提供该复合材料作为原材料的应用，制备为光动力治疗剂药物，在乏氧条件下优异的光动力治疗效果，或者制备为上转换荧光成像剂和磁共振成像剂。
11.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
12.一种稀土上转换纳米晶异质结构复合材料，其特征在于，其是以表面带有羧基的3,4-二羟苯基丙酸的油溶性稀土上转换纳米晶为核，以外延生长的金属有机框架为壳，形成异质结构；再使二氧化锰原位生长在该异质结构表面，最后聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸以及带有氨基的聚乙二醇包裹在二氧化锰表面，得到多层结构、具有良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料。
13.所述二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料，其中，所述的油溶性稀土上转换纳米晶是以er为发光中心，具体为：nayf4:yb/er、nayf4:yb/er/tm、naybf4:er、nagdf4:yb/er、nayf4:yb/er@nayf4、naybf4:er@nayf4、nagdf4:yb/er@nayf4、nayf4:yb/er@nayf4:yb/nd等之一。
14.所述二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：将分散在环己烷中的油溶性稀土上转换纳米晶与3,4-二羟苯基丙酸溶液混合，在设定温度下搅拌设定时间，离心洗涤，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
16.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：将氯化锆、中-四(4-羧基苯基)卟吩(h2tcpp)分别分散在设定体积比例的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇混合溶液中，超声分散后加入设定量的第一分散液，在设定温度下反应设定时间，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得到第二分散液；
17.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：将设定量的聚烯丙基胺盐酸盐、高锰酸钾先后加入到第二分散液中，超声搅拌，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得到第三分散液；
18.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：将第三分散液先后与阳离子聚合物聚烯丙基胺盐酸盐、阴离子聚合物聚丙烯酸搅拌设定时间，离心洗涤，取固体重新分散后与带有氨基的聚乙二醇和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺反应过夜，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得
到具有良好生物相容性的复合材料。
19.制备步骤(1)中所述第一分散液，具体步骤为：
20.取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为5～20mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌12～24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得第一分散液；
21.制备步骤(2)中所述第二分散液，具体步骤为：
22.向体积比例为(5:1)～(1:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应的溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10～20分钟得混合溶液，取1～3ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，90～120℃下反应4～6小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在1～3ml去离子水中，得第二分散液；
23.制备步骤(3)所述第三分散液，具体步骤为：
24.向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入5～20mg聚烯丙基胺盐酸盐，600～900转下搅拌2小时，随后滴加100～300μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得第三分散液；
25.制备步骤(4)中的具体步骤为：
26.取50～100mg聚烯丙基胺盐酸盐、20～50mg聚丙烯酸、20～50mg带有氨基的聚乙二醇、10～25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得高生物相容性的复合材料。
27.二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，其特征在于，将其用作制备上转换荧光/磁共振双模成像剂的原材料。
28.二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，其特征在于，将其用作制备光动力治疗剂的原材料，由其制备的光动力治疗剂，在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的。
29.所述的近红外激光的波长为808
±
3纳米或980
±
3纳米。
30.本发明的优点在于：
31.(1)本发明提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料，重点是针对现有技术中诊疗分离化、肿瘤乏氧环境下光动力治疗效果差、高结晶金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶的精确自组装可控合成难的问题，提供了一种二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料、制备方法及应用。使用“溶剂辅助自组装”的方法可控合成金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构，并且在金属有机框架表面原位生长二氧化锰。该复合材料制备的诊疗制剂(或者助剂)，在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏
氧、提高光动力治疗效果的目的。除此之外，该复合材料可以在近红外激光的激发下实现同步上转换荧光成像和磁共振成像。
32.(2)本发明提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料及其制备方法，所得复合材料具有分散性好、稳定性强、生物相容性好等优点。
33.(3)本发明提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，解决了普通光动力治疗材料在肿瘤乏氧环境下治疗效果差的问题，并还可以实现上转换荧光成像和磁共振成像。
34.(4)本发明采用“溶剂辅助自组装”的方法可控合成金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构，不同体积比例的n,n-二甲基甲酰胺和乙醇溶剂作为稀土上转换纳米晶表面外延生长金属有机框架的反应环境。n,n-二甲基甲酰胺控制羧酸配体的脱质子程度，乙醇作为晶体生长过程的结构导向剂影响配体的桥接模式和溶剂介质的极性，调节在组装过程中的配位环境。因此合适的溶剂比例有益于合成分散、稳定的异质结构。
35.(5)本发明中聚烯丙基胺盐酸盐与高锰酸钾反应使二氧化锰原位生长在金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构表面，该合成方式温和简单，且二氧化锰结构在体内应用时不存在长期毒性问题。
36.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
37.图1是本发明实施例1中制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的透射电镜(tem)照片；
38.图2是本发明实施例2中制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的上转换荧光光谱图和h2tcpp的紫外吸收图谱；
39.图3是本发明实施例5中制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料以及其它对照组在近红外光照射下产生的单线态氧引起1,3-二苯基异苯并呋喃(dpbf)吸光度比值下降的曲线图；
40.图4是本发明实施例6中制得的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构与hela细胞共孵育后的细胞存活率图；
41.图5是本发明实施例7中制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料与hela细胞共孵育后的细胞存活率图。
具体实施方式
42.实施例1
43.参见附图1，本发明提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其中的稀土上转换纳米晶是以惰性钇为基质，镱为敏化剂，er为发光中心的核壳结构，具体为nayf4:yb/er@nayf4，复合材料制备的光动力治疗，激发其产生光动力治疗效果的近红外激光波长为980
±
3纳米。
44.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：
45.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转
换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为10mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌12小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
46.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(3:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10分钟得混合溶液，取2ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，120℃下反应4小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在2ml去离子水中，得到第二分散液；
47.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，600转下搅拌2小时，随后滴加200μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
48.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取70mg聚烯丙基胺盐酸盐、25mg聚丙烯酸、25mg带有氨基的聚乙二醇、25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
49.本实施例中提供的上述二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的制备方法，使用“溶剂辅助自组装”的方法可控合成分散、稳定的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构，并且在其表面原位生长二氧化锰，最后利用聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸、带有氨基的聚乙二醇提高生物相容性。所得的多层结构复合材料具有分散性好、稳定性强、生物相容性好等优点，并且制备方法具有条件温和，可重复性强的特点。
50.本实施例提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，是将该复合材料制备为光动力治疗剂，该光动力治疗剂在近红外激光(980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的；除此之外，该复合材料还可以作为原材料，制备出能够同步实现上转换荧光成像和磁共振成像的上转换荧光成像/磁共振成像剂。
51.本实施例制备的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料，其是以表面带有羧基的3,4-二羟苯基丙酸的油溶性稀土上转换纳米晶为核，以外延生长的金属有机框架为壳，形成异质结构；再使二氧化锰原位生长在该异质结构表面，最后聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸以及带有氨基的聚乙二醇包裹在二氧化锰表面，得到多层结构、具有良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料。
52.图1为本实施例制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的tem照片，由图1可见，该复合材料粒径分布均匀，平均粒径约为50～60nm。说明该方法能得到尺寸均一、单分散性好的复合材料。由于球形、小尺寸材料更容易被细胞
内吞，这对于其用作生物探针(或者制备为相应的试剂)在生物体内循环具有重要意义。
53.实施例2
54.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中的稀土上转换纳米晶是以惰性钆为基质，镱为敏化剂，er为发光中心的核壳结构，具体为nagdf4:yb/er@nayf4，该复合材料制备的制剂，产生光动力治疗效果的近红外激发波长为980
±
3纳米。
55.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
56.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为15mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌12小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
57.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(3:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌15min分钟得混合溶液，取1.5ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，120℃下反应5小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在1.5ml去离子水中，得到第二分散液；
58.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，900转下搅拌2小时，随后滴加300μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
59.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取50mg聚烯丙基胺盐酸盐、30mg聚丙烯酸、30mg带有氨基的聚乙二醇、30mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
60.图2为本实施例制得的的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料，在980nm激光激发下的上转换荧光光谱图以及h2tcpp的紫外吸收图谱，从上转换荧光光谱中观察到复合材料在540nm和654nm处有发射峰，对应于er离子的4s
3/2
/2h
11/2
→4h
15/2
和4f
9/2
→4i
15/2
跃迁，而h2tcpp在536～561nm、637～656nm处有吸收峰，该吸收峰与er离子的540、654nm处的发射峰位置刚好重叠，这满足了发生荧光共振能量转移的条件，支持了后续光动力治疗的产生，且复合材料的发光强度依然可以支持用来进行上转换荧光成像。
61.实施例3
62.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1-2基本相同，其不同之处在于，本实施例中的稀土上转换纳米晶是以镱为基质和敏化剂，er为发光中心的核壳结构，具体为naybf4:er@nayf4，复合材料制备的制剂产生光动力治疗效果的近红外激光激发波长为980
±
3纳米。
63.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
64.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为20mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
65.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(5:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10min分钟得混合溶液，取2ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，90℃下反应5小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在2ml去离子水中，得到第二分散液；
66.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，600转下搅拌2小时，随后滴加200μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
67.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取70mg聚烯丙基胺盐酸盐、25mg聚丙烯酸、25mg带有氨基的聚乙二醇、25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
68.实施例4
69.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1-3基本相同，其不同之处在于，本实施例中的稀土上转换纳米晶是以惰性钇为基质，钕为敏化剂，er为发光中心的核壳结构，具体为nayf4:yb/er@nayf4:yb/nd，该复合材料制备的制剂的近红外激光激发波长是808
±
3纳米。
70.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
71.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为15mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
72.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(1:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10分钟得混合溶液，取1ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，110℃下反应6小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第二分散液；
73.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，900转下搅拌2小时，随后滴加150μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
74.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取60mg聚烯丙基胺盐酸盐、20mg聚丙烯酸、20mg带有氨基的聚
乙二醇、20mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
75.实施例5
76.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1-4基本相同，其不同之处在于，本实施例中的稀土上转换纳米晶是以惰性钇为基质，镱为敏化剂，er为发光中心的核结构，具体为nayf4:yb/er，该复合材料制备的制剂，产生光动力治疗效果的近红外激光激发波长为980
±
3纳米。
77.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
78.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为10mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
79.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(3:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10分钟得混合溶液，取2ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，120℃下反应5小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在2ml去离子水中，得到第二分散液；
80.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，900转下搅拌2小时，随后滴加200μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
81.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取70mg聚烯丙基胺盐酸盐、25mg聚丙烯酸、25mg带有氨基的聚乙二醇、25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
82.图3是本实施例制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料以及其它对照组在近红外光照射下产生的单线态氧引起1,3-二苯基异苯并呋喃(dpbf)吸光度比值下降的曲线图，h2o、um、ummnp、ummnp+h2o2与单线态氧指示剂dpbf混合，980nm激光激发下dpbf吸光度比值的下降则证明单线态氧气的产生，吸光度比值下降越多则证明单线态氧产生越多，从图中可以看出ummnp+h2o2的吸光度比值下降最多，由此证明mno2具有类过氧化氢催化酶的作用。
83.实施例6
84.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1-5基本相同，其不同之处在于，该制备方法以稀土上转换纳米晶是以惰性钆为基质，
镱为敏化剂，er为发光中心的核结构，具体为nagdf4:yb/er，该复合材料制备的制剂，产生光动力治疗效果的近红外激光激发波长为980
±
3纳米。
85.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：
86.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为15mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌12小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
87.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(3:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌15min分钟得混合溶液，取2ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，120℃下反应5小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在2ml去离子水中，得到第二分散液；
88.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，900转下搅拌2小时，随后滴加200μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
89.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取100mg聚烯丙基胺盐酸盐、50mg聚丙烯酸、50mg带有氨基的聚乙二醇、50mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
90.图4是本实施例制得的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构与hela细胞共孵育后的细胞存活率图，从图中可以看出0～200μg/ml的um与hela细胞共孵育12小时后，细胞存活率均在80％以上，细胞毒性基本可以忽略。
91.实施例7
92.本实施例提供的稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，其与实施例1-6基本相同，其不同之处在于，本实施例中稀土上转换纳米晶是以镱为基质和敏化剂，er为发光中心的核结构,具体为naybf4:er，该复合材料制备的制剂，产生光动力治疗效果的激光激发波长为980
±
3纳米。
93.稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：
94.(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为20mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；
95.(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：向体积比例为(5:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10min分钟得混合溶液，取2ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，120℃下反应5小时，冷
却室温，离心洗涤，取固体分散在2ml去离子水中，得到第二分散液；
96.(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：向1ml的第二分散液(5mg/ml)中加入10mg聚烯丙基胺盐酸盐，600转下搅拌2小时，随后滴加200μl高锰酸钾水溶液(10mg/ml)，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液；
97.(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：取70mg聚烯丙基胺盐酸盐、25mg聚丙烯酸、25mg带有氨基的聚乙二醇、25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取1ml的第三分散液(5mg/ml)与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到高生物相容性的、稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。
98.图5是本实施例制得的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料与hela细胞共孵育后的细胞存活率图，从图中可以看出0～200μg/ml的ummnp与hela细胞共孵育12小时后，细胞存活率均在83％以上，细胞毒性基本可以忽略。
99.前述各实施例的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，将其用作制备上转换成像/核磁共振成像剂的原料，制备出上转换成像/核磁共振成像剂。
100.前述各实施例的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料的应用，将其作为原材料制备光动力治疗剂，该光动力治疗剂在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的。
101.本发明提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料、制备方法及应用，通过采用“溶剂辅助自组装”的方法可控合成分散、稳定的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构，主要是通过调节溶剂的体积比来实现，然后在金属有机框架表面原位生长二氧化锰。该复合材料能制备为光动力治疗剂，在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的。除此之外，该复合材料还可以制备为诊疗制剂，实现同步上转换荧光成像和磁共振成像。
102.本发明并不限于上述实施方式，采用与其相同或相似方法所得到的其它基于金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶的异质结构，如不同核、核壳、核壳壳结构的er离子掺杂的稀土上转换纳米晶nayf4:yb/er、nayf4:yb/er/tm、nayf4:yb/er@nayf4、naybf4:er、naybf4:er@nayf4、nagdf4:yb/er、nagdf4:yb/er@nayf4、nayf4:yb/er@nayf4:yb/nd等，均可以达到本发明记载的技术效果。
103.本发明上述实施例提供的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料、制备方法，其重点在于，首先将油溶性的稀土上转换纳米晶(ucnp)利用3,4-二羟苯基丙酸(dhca)通过配体交换法使其表面功能化为羧基，羧基位点能够与金属配位，从而使金属有机框架在稀土上转换纳米晶表面外延生长、形成异质结构；其次，聚烯
丙基胺盐酸盐与高锰酸钾反应使二氧化锰原位生长在异质结构表面；最后，利用聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸以及带有氨基的聚乙二醇提高复合材料的生物相容性，从而得到生物相容性良好的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料。该复合材料在近红外激光(808
±
3或980
±
3纳米)激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气，达到缓解乏氧、提高光动力治疗效果的目的。本发明提供的复合材料尺寸均一、稳定性强、生物相容性好，可应用于上转换荧光/磁共振双模成像引导的光动力治疗。本发明提供的制备方法具有合成条件温和简单、可重复性高等特点。
104.以上所述，仅仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可以利用本发明所记载的范围内对本发明技术方案做出许多可能的变动或更改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本技术发明方案的内容，依据本发明之结构、构造及原理所做的等效修改，均应涵盖于本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种稀土上转换纳米晶异质结构复合材料，其特征在于，其是以表面带有羧基的3,4-二羟苯基丙酸的油溶性稀土上转换纳米晶为核，以外延生长的金属有机框架为壳，形成异质结构；再使二氧化锰原位生长在该异质结构表面，最后聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸以及带有氨基的聚乙二醇包裹在二氧化锰表面，得到多层结构、具有良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料。2.根据权利要求1所述稀土上转换纳米晶异质结构复合材料，其特征在于，所述的油溶性稀土上转换纳米晶是以er为发光中心，为：nayf4:yb/er、nayf4:yb/er/tm、naybf4:er、nagdf4:yb/er、nayf4:yb/er@nayf4、naybf4:er@nayf4、nagdf4:yb/er@nayf4、nayf4:yb/er@nayf4:yb/nd之一。3.一种根据权利要求1或2之一所述稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备带有羧基位点的稀土上转换纳米晶dhca-ucnp：将分散在环己烷中的油溶性稀土上转换纳米晶与3,4-二羟苯基丙酸溶液混合，在设定温度下搅拌设定时间，离心洗涤，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液；(2)制备金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构um：将氯化锆、中-四(4-羧基苯基)卟吩h2tcpp分别分散在设定体积比例的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇混合溶液中，超声分散后，加入设定量的第一分散液，在设定温度下反应到设定时间，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得到第二分散液；(3)制备二氧化锰修饰的异质结构ummn：将设定量的聚烯丙基胺盐酸盐、高锰酸钾先后加入到第二分散液中，超声搅拌，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得到第三分散液；(4)制备良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料ummnp：将第三分散液先后与阳离子聚合物聚烯丙基胺盐酸盐、阴离子聚合物聚丙烯酸搅拌设定时间，离心洗涤，取固体重新分散后与带有氨基的聚乙二醇和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺反应过夜，离心洗涤，取固体分散在去离子水中，得到最终的具有良好生物相容性的、二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备步骤(1)中所述第一分散液，具体步骤为：取0.5ml油溶性稀土上转换纳米晶，静置挥发后分散在1ml氯仿中，超声分散均匀后将5ml浓度为5～20mg/ml的3,4-二羟苯基丙酸溶液加入之中，45℃下搅拌12～24小时，离心洗涤至上清液无色，取固体分散在n,n-二甲基甲酰胺中，得到第一分散液。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备步骤(2)中所述第二分散液，具体步骤为：向体积比例为(5:1)～(1:1)的n,n-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中分别加入4.5mg氯化锆、1.5mg中-四(4-羧基苯基)卟吩得相应溶液，随后将氯化锆溶液逐滴加入到中-四(4-羧基苯基)卟吩溶液中，超声搅拌10～20分钟得混合溶液，取1～3ml浓度为1mg/ml的第一分散液滴入其中，90～120℃下反应4～6小时，冷却室温，离心洗涤，取固体分散在1～3ml去离子水中，得到第二分散液。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备步骤(3)所述第三分散液，具体步
骤为：向浓度为5mg/ml的第二分散液1ml中加入5～20mg聚烯丙基胺盐酸盐，600～900转下搅拌2小时，随后滴加浓度为10mg/ml的高锰酸钾水溶液100～300μl，继续搅拌2小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得到第三分散液。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的具体步骤为：取50～100mg聚烯丙基胺盐酸盐、20～50mg聚丙烯酸、20～50mg带有氨基的聚乙二醇、10～25mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，分别分散在10ml水中得相应的水溶液，取浓度为5mg/ml的第三分散液1ml与聚烯丙基胺盐酸盐水溶液搅拌2小时后离心水洗，随后加入聚丙烯酸水溶液，搅拌2小时后，离心洗涤，最后将带有氨基的聚乙二醇水溶液和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺水溶液加入，搅拌12小时，离心洗涤，取固体分散在1ml去离子水中，得高生物相容性的、二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构复合材料。8.根据权利要求1或2之一所述稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的应用，其特征在于，将其用作制备上转换荧光/磁共振双模成像剂的原材料，由其制备的上转换荧光/磁共振双模成像剂，在近红外激光激发下，同步上转换荧光成像和磁共振成像。9.根据权利要求1或2之一所述稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的应用，其特征在于，将其用作制备光动力治疗剂的原材料，由其制备的光动力治疗剂，在近红外光激发下，ucnp的上转换发射通过荧光共振能量转移传递给金属有机框架，同时二氧化锰作为类过氧化氢催化酶使过氧化氢分解生成氧气。10.根据权利要求8或9之一所述稀土上转换纳米晶异质结构复合材料的应用，其特征在于，所述的近红外激光的波长为808
±
3纳米或980
±
3纳米。

技术总结
本发明涉及纳米生物材料技术领域，公开了一种稀土上转换纳米晶异质结构复合材料、制备方法及应用，该复合材料是以表面带有羧基的3,4-二羟苯基丙酸使油溶性稀土上转换纳米晶为核，以外延生长的金属有机框架为壳，形成异质结构；再使二氧化锰原位生长在该异质结构表面，最后聚烯丙基胺盐酸盐、聚丙烯酸以及带有氨基的聚乙二醇包裹在二氧化锰表面，得到多层结构、具有良好生物相容性的二氧化锰修饰的金属有机框架包覆稀土上转换纳米晶异质结构的复合材料。本发明提供的复合材料尺寸均一、稳定性强、生物相容性好，可应用于上转换荧光/磁共振双模成像引导的光动力治疗。本发明提供的制备方法具有合成条件温和简单、可重复性高等特点。特点。特点。


技术研发人员：孙丽宁 蒋梦月 王宇欣 洪亚乐
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/13