稀土離子摻雜Gd2O3-NaGd(SO4)2納米粒子的制備及性能研究.pdf

1、近幾年，稀土離子因具備豐富的能級(jí)、穩(wěn)定的化學(xué)性能、優(yōu)異的光化學(xué)穩(wěn)定性、窄帶發(fā)射、長(zhǎng)的熒光壽命而被廣泛用于制備熒光材料。一些本身具有磁性的稀土氧化物與稀土硫酸鹽由于具有相似的結(jié)構(gòu)，使得稀土離子可以實(shí)現(xiàn)較高程度的摻雜而成為良好的基體。同時(shí)稀土氧化物和稀土硫酸鹽在生物成像應(yīng)用中具有一些獨(dú)特性質(zhì)，包括:在體內(nèi)或體外均具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性;較低的毒性以及在生物環(huán)境條件下具有優(yōu)異的分散性等。尤其是優(yōu)異的生物相容性和磁光性能使得它們?cè)谏锓?/p>

2、析和生物醫(yī)藥中得到了廣泛應(yīng)用。之前的研究已經(jīng)證實(shí)，采用稀土離子對(duì)稀土氧化物/稀土硫酸鹽進(jìn)行摻雜可以改善熒光性能，在合適的摻雜離子種類和適當(dāng)?shù)膿诫s比例下，可以獲得具有磁光雙功能的納米粒子，這種雙功能的生物材料可以在較大程度上改善材料熒光成像及核磁共振成像性能，而成為新一代的生物成像劑。
　　光動(dòng)力療法(photo dynamic therapy，PDT)是一種非侵入式的癌癥治療方法，在特定波長(zhǎng)光照射下，光敏劑(photosensit

3、izers，PS)可以與周圍環(huán)境氧發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧自由基從而殺死癌細(xì)胞。由于生物組織對(duì)于近紅外光(near-infrared，NIR)幾乎沒(méi)有吸收，因此與傳統(tǒng)的可見(jiàn)光激發(fā)PDT技術(shù)相比較，近紅外激發(fā)的組織具有更大穿透深度。然而，光動(dòng)力治療目前大多數(shù)采用的都是可見(jiàn)光激發(fā)光敏劑，因此，上轉(zhuǎn)換納米粒子成為了PDT研究的熱點(diǎn)，它們可以將近紅外光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，進(jìn)而激活光敏劑并殺死癌細(xì)胞，從而解決傳統(tǒng)PDT所面臨的問(wèn)題。
　　本文以Gd2

4、O3和NaGd(SO4)2為基礎(chǔ)，利用稀土離子對(duì)其進(jìn)行了摻雜，分別得到了不同的磁光雙功能納米粒子，并分別對(duì)其熒光性能和磁性能作了研究。此外還利用人宮頸癌細(xì)胞（HeLa細(xì)胞）研究了不同材料的細(xì)胞毒性以及在光動(dòng)力學(xué)療法中的應(yīng)用。主要的研究可分為以下兩個(gè)體系:
　　Ⅰ、Yb、Er離子共摻雜Gd2O3納米粒子的制備及表征
　　通過(guò)簡(jiǎn)易的均勻沉淀法在高溫煅燒后制備Yb3+、Er3+共摻雜Gd2O3納米粒子(Gd2O3∶Yb，Er)，通

5、過(guò)對(duì)產(chǎn)物的形貌表征可知，所制備的粒子均為粒徑200-400 nm的球形顆粒。隨后用聚乙二醇對(duì)其進(jìn)行表面修飾，以提高其在水中的分散性和穩(wěn)定性。煅燒溫度對(duì)材料的熒光性能影響很大，經(jīng)過(guò)700-1200℃的煅燒后，所制備的納米粒子可以在980 nm近紅外光的激發(fā)下產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換熒光。通過(guò)對(duì)其上轉(zhuǎn)換機(jī)理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)別于其它Yb3+，Er3+共摻雜的納米材料，本研究所制備的Gd2O3∶Yb，Er納米粒子，其綠色和紅色熒光均為三光子吸收過(guò)程，并且紅光

6、強(qiáng)度超過(guò)綠光，這主要是由于納米粒子表面殘留了部分PEG修飾的羥基引起的。細(xì)胞毒性和細(xì)胞吞噬研究表明，所制備的Gd2O3∶Yb，Er納米粒子能夠被HeLa細(xì)胞吞噬并對(duì)細(xì)胞呈現(xiàn)出較低的毒性。選擇特征吸收峰與Gd2O3∶Yb，Er納米粒子上轉(zhuǎn)換紅色熒光發(fā)射峰位相近的亞甲基藍(lán)(methylene blue，MB)和卟啉鹽(phrotoporphyrinⅨ，PpⅨ)的前軀體5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5ALA)作

7、為光敏劑，并且分別將MB和5ALA負(fù)載到Gd2O3∶Yb，Er納米粒子，利用HeLa細(xì)胞研究了Gd2O3∶Yb，Er納米粒子在光動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用，結(jié)果表明在980 nm紅外光激發(fā)下，Gd2O3∶Yb，Er納米粒子產(chǎn)生的上轉(zhuǎn)換紅色熒光能夠被光敏劑MB和PpⅨ吸收，并與環(huán)境氧之間發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)光動(dòng)力療法機(jī)理殺死癌細(xì)胞。核磁共振性能研究表明，Gd2O3∶Yb，Er納米粒子的縱向弛豫率(r1)為2.0475 mM-1s-1，且r2/r1的比

8、值接近于1，說(shuō)明所制備的產(chǎn)物可以用做核磁共振中的正成像造影劑，在磁光成像和近紅外光激發(fā)的光療中具有潛在應(yīng)用。
　　Ⅱ、Tb離子摻雜NaGd(SO4)2納米棒的制備及表征
　　采用溶劑熱法制備NaGd(SO4)2∶Tb納米棒。對(duì)其形貌進(jìn)行表征得到納米棒的長(zhǎng)約8-12μm，所制備的NaGd(SO4)2∶Tb納米棒能夠在波長(zhǎng)為311 nm的紫外光的激發(fā)下發(fā)出較為明亮的藍(lán)色熒光。同時(shí)NaGd(SO4)2∶Tb納米棒可以增強(qiáng)水中質(zhì)子的

9、弛豫率，表明在核磁共振成像中可以用作T1成像造影劑。此外，所制備的納米粒子具有過(guò)氧化物模擬酶的性質(zhì)，能在H2O2存在的條件下催化過(guò)氧化物酶底物TMB的分解。NaGd(SO4)2∶Tb納米棒具有較低的毒性，當(dāng)其濃度高達(dá)1.25 mg/mL時(shí)其細(xì)胞相對(duì)增殖率依然可以達(dá)到80％。另外，NaGd(SO4)2∶Tb納米棒能夠催化H2O2產(chǎn)生自由基OH·，進(jìn)而殺死HeLa細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NaGd(SO4)2∶Tb納米棒與H2O2共培養(yǎng)條件下，當(dāng)