[發明專利]核殼納米顆粒、其制備方法以及其用途

在審

• 申請號: 201480059136.8
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN105764854A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: P·N.·普拉薩德;T·Y.·歐哈爾克漢斯基;關穎·陳;H·遲
• 申請（專利權）人: 紐約州立大學研究基金會
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年9月3日提交的第61/872890號美國臨時專利申請的優先權，其公開內容通過引用并入本文。

關于聯邦資助研究的聲明

本發明是在美國空軍科學研究辦公室第FA95500910258號撥款給予的政府資助下完成的。聯邦政府對本發明具有一定的權利。

技術領域

本公開一般涉及納米顆粒的領域，特別涉及β-NaYbF₄:Tm³⁺/β-NaZF₄(Z＝Y,Gd,或Lu)核/殼納米顆粒。

背景技術

光聚合廣泛地用于各種領域。例如，光聚合用來固化涂膜，形成平版印刷版，制備光阻材料和光掩模以及用來制備黑白或彩色轉印和著色片材。此外，可光聚合組合物用于牙科領域。在大多數情況下，光聚合是通過紫外線(UV)或短波可見光照射實現。

典型地，可光聚合組合物包含單體和光聚合引發劑。當UV和短波可見光用于聚合這些可光聚合組合物時，光透射受組合物或填料的色相的不利影響，固化程度根據色相或添加的填料的量而改變。UV輻射在光聚合中的應用具有至少三個顯著的缺點：首先，用于固化的UV輻射對生物體是不安全的。出于這個原因，UV輻射源必須封裝在謹慎屏蔽裝置內，以便使有害暴露的機會最小化。第二，由UV源產生顯著量的活性臭氧。出于這個原因，固化系統必須排放出來。第三，UV輻射不能產生大量三維(3D)結構，因為由于作為強烈UV吸收和散射的結果的強光衰減UV輻射不能深入滲透到處理過的涂層。后者與光波長的第四功率成反比，因此比可見光或近紅外光高得多的短波UV光被散射。其結果是，UV光滲透到可聚合材料的深度與近紅外光相比顯著受限。因此，由于在塊體體系中入射UV光的有限的滲透，光聚合一般用于薄膜體系。

紫外(UV)光與光引發劑組合使用生產聚合物納米復合膜是最快速有效的聚合方法之一。組合使用UV光與光引發劑的主要優點是產生界限清楚的圖案結構。然而，除非使用分散劑無機納米顆粒很難分散在有機聚合物基體中。此外，折射率不匹配可以大大增加入射UV光的散射。

UV光刻對于將納米復合材料直接摻入用于利用UV聚合而使納米復合材料圖案化的系統和設備的特定部分是理想的。光刻制備的納米復合材料結構可用于(1)對光聚合材料具有特定親和力的分子的選擇性沉積；(2)產生“三明治”分子；(3)細胞沉積；(4)微流體裝置；(5)傳感器；(6)裝置內的光發射部分和更多。

增強劑必須用來提高純(未摻雜)聚合物的性能。例如，UV固化產品的硬度不足常常導致在其表面上的刮擦損傷。通過優化樹脂配方或添加增強填料，單獨經過可以通過化學交聯實現的，可以改進或改性UV固化產品的最終性能。填料，如氧化鋁和二氧化硅可以與微米范圍內的聚合物混合。納米顆粒越來越多地用作聚合物中的填料以改善如耐磨性、剛度、阻隔性、導熱性和導電性和折射率特性的性能。這些納米顆粒通常是無機材料，在其組成、結構和折射率方面其與有機聚合物基體不同。它們占據一定的體積并與聚合物的官能團相互作用以限制聚合物鏈的可能的流動性。

一些小組已經研究了如何將納米顆粒摻入聚合物基體以獲得透明的聚合物復合材料。聚合物基體中的納米顆粒的原位聚合獲得塊體聚合物納米顆粒復合材料經常導致最終產品的透明度的損失。在納米復合材料的大規模本體聚合中，在聚合過程中納米顆粒的相分離定期發生，這導致由于光散射納米顆粒和渾濁的最終產品的團聚。已經開發了幾種技術來將各種納米顆粒摻入透明聚合物復合材料中，其防止聚合過程中納米顆粒的團聚。這些技術來源于(1)納米顆粒的原始穩定配體的配體交換或(2)聚合期間抑制納米顆粒團聚的適當聚合主體的選擇。聚合物納米復合材料的透明度的降低在UV范圍內特別明顯，造成UV引起的聚合物納米復合材料的光聚合、圖案化和固化的深度有限。

紫外(UV)輻射介導的光化學反應是在材料科學、高級影像學、化學生物學和藥物遞送系統中是極其重要的。對于生物醫學應用，通過有效的光活化，UV光子在有生命的系統中可以操縱生物分子的功能或按需介導藥物釋放。然而，常用的UV燈或激光器產生過大的輻射面積并具有如嚴重的光毒性和顯著有限的組織穿透性的主要缺點。因此，利用具有物相容性、低能量、近紅外(NIR)激發的納米顆粒原位產生UV光是相當理想的，因為它可以具有最小光損傷和顯著提高的光滲透深度的納米體制中時空上限制光化學反應。