PVP修饰磁-荧光核壳型La1-xSrxMnO3/ZnO纳米复合粒子及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医药材料领域，特别涉及一种PVP修饰磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子及其制备方法。

背景技术

自1957年Gilchrist提出磁热疗概念并证明磁性介质可以在交变磁场下加热体内肿瘤组织后，磁热疗就成为一种具有良好前景的肿瘤治疗新途径。磁热疗主要是将磁性介质定位于肿瘤组织，然后在外部施加交变磁场，使磁性介质产生磁滞、弛豫或感应涡流而被加热。这些热量传递到周边肿瘤组织中，通过控制交变磁场强度、磁性颗粒的局部浓度等条件，使肿瘤组织温度达到并控制在 42-46 ℃范围内。相对于传统的热疗方法，磁热疗技术具有可治疗深层肿瘤、靶向性高、副作用小、微创甚至无创的优点。

磁性纳米颗粒通常为铁、镍、钴或其合金或其氧化物等。由于镍、钴等存在一定的毒性，无法在生物医药等领域得到广泛的应用。氧化铁纳米粒子，具有代表性的是Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃，可以在人体组织中通过降解贮存或排出体外，具有良好的生物安全性，有望应用于磁热疗，但由于它们的居里温度（Tc>

La_1-xSr_xMnO₃(0.175≤χ≤0.8)从铁磁性转变为顺磁性的温度(称为居里温度)范围283-370>

发明内容

本发明的目的在于提供一种PVP修饰磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子，该复合粒子同时具有优异的生物相容性、化学稳定性、磁学性能、光吸收性能和荧光活性，在磁热疗、药物输送和释放，生物传感器和免疫诊断等领域有广泛的应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

PVP修饰磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子：以La_1-xSr_xMnO₃为核，以ZnO为壳，壳表面修饰有表面活性剂PVP；其中，0.1≤χ≤0.8，核直径20-80>

制备方法：在表面活性剂PVP的作用下，通过两步连续反应制备La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子。

具体地：（1）搅拌下，将La、Sr和Mn三种金属的前驱体和表面活性剂PVP及还原剂1,2-十六烷二醇在溶剂正辛醚中混匀，在2 h内将混合物加热到80-150 ℃并保温1-2 h，之后在10 min内升温到250-300℃并保温48-72 h；（2）待（1）的反应液冷却至室温后，搅拌下加入Zn的前驱体和表面活性剂PVP，在15 min内加热到80-150 ℃并保温0.5-2 h，之后在15 min内升温到250-300 ℃并保温1-5 h完成反应，分离、洗涤、烘干，600-1000 ℃烧结2-8 h得目标产品。

较好地，La的前驱体为乙酰丙酮镧或醋酸镧，Sr的前驱体为乙酰丙酮锶或醋酸锶，Mn的前驱体为乙酰丙酮锰或醋酸锰，Zn的前驱体为乙酰丙酮锌或醋酸锌。

较好地，步骤（1）中，La、Sr 和Mn的前驱体的摩尔比按La︰Sr︰Mn=1-x︰x︰1计量，以La、Sr 和Mn前驱体的总用量为1 mmol计，1,2-十六烷二醇的用量为0.1-10 mmol，PVP的用量为0.001-1 mmol；步骤（2）中，以Zn前驱体的用量为1mmol计，PVP的用量为0-1mmol；正辛醚的用量为溶解当量即保证能溶解所有反应原料。

本发明首次以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂，通过两步连续反应在纳米乳液中以金属配合物为前驱体制备出磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子。选择聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂是制备粒径均匀、水相中有良好扩散性、生物相容性良好的LSMO纳米复合颗粒的关键。聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl>1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子，PVP分子疏水内核为纳米粒子的成核及生长提供了一个稳定的微反应环境即纳米微反应器，PVP分子修饰在纳米粒子表面作为稳定剂和保护剂，可以有效防止粒子凝聚或沉淀，PVP分子亲水性使纳米粒子可以稳定地存在于水溶液或体液中。PVP能与很多含羟基、氨基、巯基等其他含活性氢原子的化合物结合，有利于纳米粒子与生物活性分子的偶联。因此，合成的磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子不需要后续的表面修饰，便可直接扩散在水相中并具有良好的生物相容性。

ZnO壳层赋予了LSMO磁性纳米粒子独特的生物相容性、化学稳定性、抗菌性、光吸收性能和荧光活性。纳米ZnO是一种重要的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料。纳米ZnO具有特殊的光学和荧光活性，已被广泛应用于生物传感器、药物、光催化材料及医药等领域。此外，纳米ZnO在蓝、蓝绿可见和紫外波段存在受激发射且带边发光很强，是很有潜在价值的发光材料。以ZnO为壳层包裹LSMO磁性纳米粒子制备磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子可大大拓宽纳米粒子的应用范围。

本发明制备的PVP修饰磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子具有以下优点：

1）同时兼具磁学和荧光性能；

2）水相中具有良好的扩散性；

3）粒径分布窄、结晶度高、组成和粒径大小可调控、ZnO壳层厚度可调；

4）生物相容优良（PVP具有优异的生物相容性）；

5）易与生物活性分子偶联（基于PVP的性质）；

相对于现有技术，本发明的有益效果体现在：

1、本发明制备方法简单，反应条件温和，所用溶剂为环境友好型，便于工业化生产，另无需后续的表面处理，对环境污染小，是一种绿色合成方案。

2、本发明制备的PVP修饰磁-荧光核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子，解决了现有LSMO纳米粒子水相扩散性和生物相容性差的问题，同时赋予LSMO纳米粒子优异的生物相容性能、光吸收性能和荧光活性。PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子同时具有优异的生物相容性、化学稳定性、磁学性能、光吸收性能和荧光活性，在磁热疗、药物输送和释放，生物传感器和免疫诊断等领域有广泛的应用。

附图说明

图1为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子的XRD图谱。

图2为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子的TEM照片。

图3为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子（b）与PVP（a）的红外光谱对比图。

图4为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子扩散在水中的UV-Vis图谱。

图5为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子扩散在水中的荧光光谱。

图6为实施例1制得的PVP修饰磁-荧光La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子在300K时的磁滞回线。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

1）在250 ml三口烧瓶中将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.009 mmol, 0.5 g）、乙酰丙酮镧（1.3500 mmol, 0.5889 g）、乙酰丙酮锶（0.4498 mmol, 0.1285 g）、乙酰丙酮锰（1.7998 mmol, 0.6340g）三种前驱体、1,2-十六烷二醇（1.504 mmol, 0.3887 g）和正辛醚（C₈H₁₇OC₈H₁₇,95%）（100>

2）包裹ZnO壳时，待1）得到的混合物冷却至室温加入乙酰丙酮锌（5 mmol，1.3168 g）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.009 mmol,0.5 g），磁力搅拌下10 min之内将混合物加热到120 ℃并保温1 h，之后在15 min中之内迅速升温到280 ℃并保温1 h完成反应，分离、洗涤、烘干，所得纳米颗粒在600 ℃烧结3 h制得PVP修饰核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子。

获得的PVP修饰核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子的结构和性能见图1-5。

图1为实施例1制得的纳米复合粒子的XRD图谱。XRD衍射图谱表明形成的La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子结晶度较高。XRD图谱中可以观察到属于La_1-xSr_xMnO₃和ZnO的衍射峰：在31.769°、34.421°、36.252°、47.538°、56.602°、62.862°、66.593°、67.961°和69.184°处较强衍射峰，对应于六方晶系ZnO>0.8Sr_0.2MnO₃的(104)、(006)、(024)、(018)、(306)、(134)和(042)晶面。XRD图谱分析表明了La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子的核壳型结构。

图2为实施例1制得的纳米复合粒子的TEM照片。从图2 可看出实施例1制备的纳米粒子粒径分布均匀，粒径大小约为70 nm，其中核直径59 nm，壳厚度6 nm。

图3 为实施例1制得的纳米复合粒子的红外光谱（b）与PVP（a）的红外光谱对比图。经对比可知：图3中b可以观察到PVP的C=O和C-N伸缩振动峰，说明纳米复合粒子表面存在PVP。

图4为实施例1制得的纳米复合粒子10 mg扩散在100 ml水中得到的紫外可见（UV-Vis）光谱。从图4中可以看出La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子在365>1-xSr_xMnO₃中Mn³⁺的d-d跃迁吸收，由于ZnO壳层的包裹及La_1-xSr_xMnO₃和ZnO间的相互作用，La_1-xSr_xMnO₃的吸收峰较宽。La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子扩散在水中的紫外可见光谱说明了La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子的核壳型结构，同时表明该纳米粒子在水中具有良好的扩散性。

图5为实施例1制得的纳米复合粒子10 mg扩散在100 ml水中，在室温下采用氙灯380 nm 波长的光激发，所产生的荧光发射光谱。从图5可以观察到在442 nm、467 nm、480 nm和553 nm处有明显的发射峰，说明La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子具有良好的荧光活性。

图6为实施例1制得的纳米复合粒子在300K时的磁滞回线，可以观察到La_1-xSr_xMnO₃纳米复合粒子在300K时显示超顺磁性。

图4、5、6 说明本发明制备的核壳型La_1-xSr_xMnO₃纳米复合粒子兼具优异的光学吸收、荧光发射、磁学性能和水中良好的扩散性能。

实施例2

1）在500 ml三口烧瓶中将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.09 mmol, 5 g）、乙酰丙酮镧（0.8993 mmol, 0.3923 g）、乙酰丙酮锶（0.9026 mmol, 0.2580 g）、乙酰丙酮锰（1.7998 mmol,0.6340g）三种前驱体、1,2-十六烷二醇（1.504 mmol, 0.3887 g）和正辛醚（C₈H₁₇OC₈H₁₇,95%）（300>

2）包裹ZnO壳时，待1）得到的混合物冷却至室温加入乙酰丙酮锌（5 mmol，1.3168 g）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.09 mmol, 5 g），磁力搅拌下10分钟之内将混合物加热到150℃并保温1 h，之后在15 min中之内迅速升温到280 ℃并保温3 h完成反应，分离、洗涤、烘干，所得纳米颗粒在800℃烧结5 h制得平均粒径为48 nm 的PVP修饰核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子。

实施例3

1）在250 ml三口烧瓶中将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.009 mmol, 0.5 g）、乙酰丙酮镧（1.5789 mmol, 0.5248 g）、乙酰丙酮锶（2.0207 mmol, 0.5794 g）、乙酰丙酮锰（3.5996 mmol, 1.2580 g）三种前驱体、1,2-十六烷二醇（3.008 mmol, 0.7774 g）和正辛醚（C₈H₁₇OC₈H₁₇,95%）（150>

2）包裹ZnO壳时，待1）得到的混合物冷却至室温加入乙酰丙酮锌（10 mmol, 2.6336 g）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（0.009 mmol, 0.5 g），磁力搅拌下10分钟之内将混合物加热到80 ℃并保温1 h，之后在15 min中之内迅速升温到290 ℃并保温5 h完成反应，分离、洗涤、烘干，所得纳米颗粒在600 ℃烧结8 h制得平均粒径为80 nm PVP修饰核壳型La_1-xSr_xMnO₃/ZnO纳米复合粒子。

上述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明所作的改变均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。