[發(fā)明專利]一種光致發(fā)光-光熱納米復合結構材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610008323.4
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105664158B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 李富友;朱幸俊;李家暢
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: A61K41/00
• 分類號: A61K41/00;A61K49/00;A61P35/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

本發(fā)明屬于光學納米探針技術領域，具體為一種光致發(fā)光?光熱納米復合結構材料及其制備方法和應用。本發(fā)明的復合結構材料是以稀土氟化物為核心，外部包裹有機光熱物質層的核殼結構納米材料，該材料在700?1000 nm近紅外激光激發(fā)下，產生800?1200nm的近紅外熒光發(fā)射，光熱物質層可以將光能轉換為熱能而實現(xiàn)腫瘤的光熱治療。在使用這類探針進行光熱治療的同時可以進行探針本身的溫度監(jiān)控；進一步，將該類探針實現(xiàn)與腫瘤細胞共孵育或者通過靜脈注射入腫瘤小鼠中，可以實現(xiàn)高分辨率的癌癥光熱治療以及同時的光學溫度監(jiān)控。本發(fā)明提供了一種有效的光熱治療溫度監(jiān)控工具，能夠降低腫瘤熱療中對正常組織的破壞，在生物醫(yī)藥領域中有著重大的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于光學納米探針技術領域，具體涉及一類新型復合結構納米光學探針材料及其制備方法和在腫瘤光熱治療和實時微觀溫度監(jiān)控中的應用。

背景技術

光熱治療作為一種新興的癌癥治療手段，近年來被廣泛的研究。光熱治療是利用納米光學吸收材料在特定波長（通常為近紅外光）的光源照射下，產生熱能從而殺傷癌細胞的過程。相比于傳統(tǒng)的熱療方式（如微波熱療、射頻消融等），光熱治療的侵入性更小、操作更簡單，理論上可以實現(xiàn)更高的治療精度以及更低的副作用，是一種具有廣闊前景的癌癥治療手段。

由于尚缺乏較好的溫度監(jiān)控手段，對于光熱治療中光熱材料的升溫特性還知之甚少，且目前光熱治療在實施時依然采用傳統(tǒng)熱療的手段將組織加熱到42℃乃至60℃，這樣無法避免過度升溫對病灶區(qū)域外的正常組織的損傷。傳統(tǒng)熱療使用的溫度監(jiān)控方法主要依賴熱成像設備和侵入式的電子測溫計，但是對于光熱治療來說這些溫度監(jiān)控方式存在一些問題。例如，熱成像設備只能檢測到傳至體表的熱能，不能反映內部組織的產熱情況。侵入式的電子測溫計雖然能探查組織內的溫度，但是由于光熱治療的熱源是納米尺度的，一般的測溫計很難給出該尺度下的溫度變化情況，因而也不適用于光熱治療的溫度監(jiān)控。所以針對光熱治療需要開發(fā)新型的溫度監(jiān)控技術來檢測光熱材料本身的溫度變化，如此才能更好的了解光熱材料的升溫特性并且為治療提供更精準的調控依據(jù)。

光學成像是一種具有較高的靈敏度的非侵入式成像方法，使用光學探針進行光熱治療的溫度監(jiān)控將大大簡化檢測的技術難度。目前的光學溫度探針比如量子點、納米金剛石和有機小分子等都以單一波長發(fā)射，在生物體中由于吸收、散射以及樣本移動等原因容易產生較大的檢測誤差，因此難以實現(xiàn)較好的生物體的光學溫度檢測。稀土元素摻雜的上轉換發(fā)光材料由于其獨特的發(fā)光特性十分適用于生物成像而成為研究的熱點，但是目前基于鐿、鉺摻雜的稀土上轉換發(fā)光溫度檢測材料其使用的發(fā)射波段位于可見光綠光區(qū)，在生物體中的穿透深度較低，并不利于活體光熱治療的溫度監(jiān)控。另外，光學納米溫度探針與光熱材料的結合方式目前還較為繁瑣不利于大規(guī)模制備和推廣，而且所使用的光熱材料多為金、銀、鈀、銅等金屬，其價格昂貴且具有潛在的毒性。雖然有報道使用稀土元素作為光熱材料，但是由于稀土元素本身的吸光系數(shù)相對較低，其熱轉換效率也很低，并不是理想的光熱材料。如果能夠找到具有近紅外發(fā)射的比度光學溫度探針并且實現(xiàn)溫度探針與高效安全的光熱材料的簡單結合方法，就可以實現(xiàn)在生物體上光熱治療的高靈敏溫度監(jiān)控，從而為光熱治療精度控制及實際應用做出巨大的貢獻。

本發(fā)明通過對納米材料基質與晶相的調控，開發(fā)并利用了稀土元素鉺、鐿、釹的近紅外精細能級來作為光學溫度探針的監(jiān)控波段，能夠進一步提高熒光的穿透深度。而且這些精細能級屬于多譜帶發(fā)射，因而能實現(xiàn)比度熒光溫度檢測，由此避免了單一譜帶檢測的誤差。另外，本發(fā)明還給出了一種通用的溫度探針與光熱材料的結合方法，通過簡單的原料混合與加熱，就可以實現(xiàn)溫度探針與高光熱效率且沒有金屬元素的有機光熱材料如碳、聚吡咯、聚苯胺、聚3,4-乙撐二氧噻吩的成功結合。在使用本發(fā)明中的納米復合結構對光熱材料的微觀溫度進行監(jiān)控時發(fā)現(xiàn)光熱材料在微觀水平上的升溫速率與幅度遠高于宏觀水平，所以光熱治療可以在宏觀溫度十分溫和的情況進行，這樣避免了對正常組織的損傷。因此本發(fā)明將極大地推動光熱治療的治療模式革新，實現(xiàn)更高的精確度以及更低的副作用。

發(fā)明內容