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、穩(wěn)定的化學性能、優(yōu)異的光化學穩(wěn)定性、窄帶發(fā)射、長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構，使得稀土離子可以實現(xiàn)較高程度的摻雜而成為良好的基體。同時稀土氧化物和稀土硫酸鹽在生物成像應用中具有一些獨特性質，包括:在體內或體外均具有良好的化學穩(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在生物分

2、析和生物醫(yī)藥中得到了廣泛應用。之前的研究已經證實，采用稀土離子對稀土氧化物/稀土硫酸鹽進行摻雜可以改善熒光性能，在合適的摻雜離子種類和適當?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)生光化學反應產生氧自由基從而殺死癌細胞。由于生物組織對于近紅外光(near-infrared，NIR)幾乎沒有吸收，因此與傳統(tǒng)的可見光激發(fā)PDT技術相比較，近紅外激發(fā)的組織具有更大穿透深度。然而，光動力治療目前大多數(shù)采用的都是可見光激發(fā)光敏劑，因此，上轉換納米粒子成為了PDT研究的熱點，它們可以將近紅外光轉換為可見光，進而激活光敏劑并殺死癌細胞，從而解決傳統(tǒng)PDT所面臨的問題。
　　本文以Gd2

4、O3和NaGd(SO4)2為基礎，利用稀土離子對其進行了摻雜，分別得到了不同的磁光雙功能納米粒子，并分別對其熒光性能和磁性能作了研究。此外還利用人宮頸癌細胞（HeLa細胞）研究了不同材料的細胞毒性以及在光動力學療法中的應用。主要的研究可分為以下兩個體系:
　?、?、Yb、Er離子共摻雜Gd2O3納米粒子的制備及表征
　　通過簡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、過對產物的形貌表征可知，所制備的粒子均為粒徑200-400 nm的球形顆粒。隨后用聚乙二醇對其進行表面修飾，以提高其在水中的分散性和穩(wěn)定性。煅燒溫度對材料的熒光性能影響很大，經過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)下產生上轉換熒光。通過對其上轉換機理進行研究發(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程，并且紅光

6、強度超過綠光，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。細胞毒性和細胞吞噬研究表明，所制備的Gd2O3∶Yb，Er納米粒子能夠被HeLa細胞吞噬并對細胞呈現(xiàn)出較低的毒性。選擇特征吸收峰與Gd2O3∶Yb，Er納米粒子上轉換紅色熒光發(fā)射峰位相近的亞甲基藍(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負載到Gd2O3∶Yb，Er納米粒子，利用HeLa細胞研究了Gd2O3∶Yb，Er納米粒子在光動力學中的應用，結果表明在980 nm紅外光激發(fā)下，Gd2O3∶Yb，Er納米粒子產生的上轉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)生光化學反應，通過光動力療法機理殺死癌細胞。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，說明所制備的產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用。
　?、?、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。對其形貌進行表征得到納米棒的長約8-12μm，所制備的NaGd(SO4)2∶Tb納米棒能夠在波長為311 nm的紫外光的激發(fā)下發(fā)出較為明亮的藍色熒光。同時NaGd(SO4)2∶Tb納米棒可以增強水中質子的

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氧化物模擬酶的性質，能在H2O2存在的條件下催化過氧化物酶底物TMB的分解。NaGd(SO4)2∶Tb納米棒具有較低的毒性，當其濃度高達1.25 mg/mL時其細胞相對增殖率依然可以達到80％。另外，NaGd(SO4)2∶Tb納米棒能夠催化H2O2產生自由基OH·，進而殺死HeLa細胞，實驗結果表明，NaGd(SO4)2∶Tb納米棒與H2O2共培養(yǎng)條件下，當