一種光動力治療系統及持續產生單線態氧的方法與流程

本發明屬于醫療設備領域，更具體地，涉及一種光動力治療系統。

背景技術：

光動力治療是一種非侵入性治療手段，已廣泛應用于臨床淺表型腫瘤的治療，其具有選擇性高、毒副作用小、創傷小等優點。但是目前光敏劑吸收的波長多為紫外或可見光，該波段光的組織穿透深度較淺；其次，光敏劑依賴于氧生成氧自由基，腫瘤組織內部缺氧的微環境導致其產率低下。因此，提高光在組織中穿透深度、緩解腫瘤部位缺氧進而提高單線氧產率的問題是臨床光動力治療需克服的難題。

光在生物組織中的穿透深度取決于多個參數，包括光的波長、強度、相干性和組織的生理學特征等。為了產生足夠的單線氧造成細胞毒性，光源發出的光譜應和光敏劑的最大吸收波長范圍一致。臨床常用的照射光是紫外、可見光，這個波段的光能被生物組織中血紅蛋白、黑色素等有效吸收，導致這一波段的光無法穿透到腫瘤組織內部。波長在700～1300nm的光能有效避免其他激發和發射波長對組織的干擾和損傷，具有良好的組織穿透深度，被稱為“光學窗口”或“近紅外窗口”。由于臨床上使用的光敏劑在近紅外區域存在吸收極弱等問題，目前為止近紅外光很少直接應用于光動力治療。鑭系上轉換納米顆粒的發展，為實現近紅外光在光動力治療中的應用提供了可能。具有發光穩定、不易光漂白、高信噪比等優點，已發展成為生物醫學領域一類新興的納米材料。鑭系上轉換納米顆粒通過吸收兩個或多個近紅外光子轉換為一個高能的光子，產生紫外、可見或近紅外的發射光。因此，利用鑭系上轉換納米顆粒上轉換發光特性激發傳統紫外光、可見光吸收的光敏劑，構建鑭系上轉換納米顆粒光動力治療體系，是解決臨床使用的光敏劑在近紅外區域吸收極弱問題的有效手段。傳統鑭系上轉換納米顆粒使用980nm激光激發。但是生物組織中的水對980nm光吸收很大，會造成潛在的熱損傷。相對而言，生物組織對808nm光吸收較弱、對組織熱損傷小，重要的是808nm光源也能提供更高的組織穿透深度，所以構建808nm激發的鑭系上轉換納米顆粒是近年國際研究熱點。構建有效的808nm激發的鑭系上轉換納米顆粒，通常使用釹作為主敏化劑，但是，釹具有多重能級、能量躍遷復雜、淬滅效應強等特點，極大地降低了釹鑭系上轉換納米顆粒熒光效率。構建高效的808nm激發的釹鑭系上轉換納米顆粒光動力治療體系，提高單線態氧產率是實現808nm光源在光動力治療應用中亟待解決的問題之一。

大多數實體腫瘤生長快速，隨著腫瘤細胞的增殖，其與周圍間質血管的距離不斷增加，引起腫瘤內部嚴重缺氧。此外，由于腫瘤新生血管生長速度快、結構分布紊亂、管腔易于塌陷等原因，腫瘤內部會進一步缺氧。缺氧的腫瘤微環境反過來又會誘使腫瘤進一步惡化，同時降低各種治療方法(例如化療、放射等)對腫瘤的治療效果。光動力治療過程中需要連續消耗氧氣，會加速腫瘤缺氧。因此，如何解決腫瘤缺氧，是光動力治療治療亟待解決的問題之一。目前已有研究多采用“自供氧方法”供氧，例如：“全氟化碳攜氧供氧”、納米二氧化錳催化過氧化氫供氧、紅細胞膜包裹法、利用過氧化氫酶催化過氧化氫供氧等。但是，這些方法仍存在供氧效率低、穩定性差、臨床可行性不足等問題。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多功能鑭系納米顆粒、其制備方法，以及一種利用該納米顆粒產生單線態氧的方法及光動力治療系統，其目的在于通過在構建該鑭系納米顆粒，同時利用近紅外激光激發該鑭系納米顆粒，并聯合高壓氧艙，實現供氧增氧，從而促進納米顆粒藥物的靶向輸送以及單線態氧的產生，由此解決現有技術單線態氧產生不足、光動力治療系統效果不佳的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種鑭系納米顆粒，所述鑭系納米顆粒內核具有層層包裹的三明治結構，外殼為介孔硅層，所述三明治結構的化學組成為nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz@msio2，其中0≤x≤0.3；0≤y≤0.05；0≤z≤0.1；0≤t≤0.4,所述介孔硅層的厚度為2～20nm。

優選地，所述鑭系納米顆粒內核的平均粒徑為10～100nm。

優選地，所述納米顆粒表面吸附有光敏劑，所述光敏劑為520nm、550nm或660nm處有吸收的光敏劑。

優選地，所述光敏劑為玫瑰紅、mc540、甲基藍或二氫卟吩。

按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的鑭系納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)向乙酸釓、乙酸釔、乙酸鉺和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液a；

2)將所述溶液a冷卻至20～30℃，向所述溶液a中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液，得到溶液b；

3)將所述溶液b升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒混合液；

4)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液；

5)向乙酸釔和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液c；

6)將所述溶液c冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液d；

7)將所述溶液d升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液；

8)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒成品；然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液；

9)向乙酸釹、乙酸釓和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液e；

10)將所述溶液e冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液f；

11)將所述溶液f升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液；

12)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒成品，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液；

13)取十六烷基三甲基溴化銨加入到水中，攪拌0.5～2小時，形成溶液g；隨后升溫至60～80℃；

14)將所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液滴加入所述溶液g，攪拌條件下反應0.5～48小時；然后滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉和50～300ul的teos，攪拌條件下反應2～8小時，得到溶液h；將所述溶液h離心后，得到如權利要求1所述的鑭系納米顆粒。

優選地，步驟(1)、步驟(5)和步驟(9)中每溶解1mmol的鑭系元素化合物，所述油酸用量為3～10ml，所述十八烯用量在5～10ml；

按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的鑭系納米顆粒的應用，應用于制備治療腫瘤的藥物。

按照本發明的另一個方面，提供了一種利用鑭系納米顆粒持續產生單線態氧的方法，將所述的鑭系納米顆粒置于高壓氧環境中，同時對所述鑭系納米顆粒進行近紅外激光照射。

優選地，所述高壓氧環境由高壓氧艙提供。

優選地，所述近紅外激光的波長為980、915、808或780nm。

優選地，所述置于高壓氧環境中的時間為30min～4h/次，所述高壓氧的壓力為大于1個大氣壓，但不大于3個大氣壓。

按照本發明的另一個方面，提供了一種光動力治療系統，所述光動力治療系統包括如下模塊：載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊；

其中，所述載藥模塊用于負載藥物；所述藥物優選為所述的負載光敏劑的鑭系納米顆粒；

所述高壓氧供給模塊用于向所述載藥模塊提供高壓氧氣，所述載藥模塊置于所述高壓氧供給模塊提供的高壓氧環境中；

所述光照模塊用于向所述載藥模塊提供光照，使所述藥物在光照下持續產生單線態氧。

本發明首先構建一種可以用于光動力治療系統的鑭系納米顆粒，納米顆粒的構建分為三步：首先是構建一種層層包裹的三明治結構的鑭系納米顆粒；其次，在三明治結構的鑭系納米顆粒表面形成介孔硅層，用以達到提高納米顆粒在水中分散性和負載光敏劑的目的；第三，通過物理吸附的方式，將光敏劑連接到納米顆粒上。該納米顆粒在近紅外激光980、915、808、780nm的激發下，與細胞內氧氣反應，產生單線態氧。因為腫瘤具有乏氧的特征，光動力治療系統需要氧氣的參與產生單線態氧，所以如何提高細胞內氧氣的含量也就至關重要。本發明通過采用上述吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒，并聯合高壓氧艙，提出了一種持續產生單線態氧的方法，增強了光動力治療系統的治療效果，同時也提高了納米顆粒在腫瘤的靶向輸送，增強了納米粒子的滲透滯留效應(enhancedpermeationandretention，epr)，實現了兩者的協同，達到較好的治療效果。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果。

(1)本發明所制備的多功能鑭系納米顆粒為摻雜釔、鉺、釹等的復合納米顆粒，可以在近紅外光980、915、808或780nm激光下激發，產生綠色和紅色的熒光，實現上轉換熒光，且熒光強度高；油溶性多功能鑭系納米顆粒激發60min后熒光相對強度仍為98％，熒光穩定性好，可長時間使用；本發明的油溶性多功能鑭系納米顆粒在若干天后再次激發，熒光相對強度保持穩定，無光漂白的現象。

(2)本發明所制備的油溶性多功能鑭系納米顆粒摻雜鉺，最強熒光發射波長為550nm，熒光穿透性好。

(3)本發明所制備的油溶性多功能鑭系納米顆粒，尺寸為10～100nm，粒度小且均勻。制備方法簡單易行、便于控制，通過控制反應溫度和反應時間，可精確調控油溶性鑭系納米顆粒；同時該制備方法所需時間短，生產效率高。

(4)本發明所用的外層的介孔硅，尺寸在2～20nm，有效的提高中心發光納米顆粒的水中分散性，同時為負載的光敏劑提供載體。

(5)本發明所用的光敏劑可以用玫瑰紅，也可以是mc540,二氫卟吩等在520、550或660nm波段有吸收的光敏劑。

(6)本發明提供的一種持續產生單線態氧的方法，利用本發明提供的鑭系納米顆粒結合近紅外激光照射，由于置于高壓氧環境中，可以持續不斷產生單線態氧。

(7)本發明提供的光動力治療系統，通過采用特定的油溶性多功能鑭系納米顆粒，并聯合高壓氧艙，提高了腫瘤病灶部位氧氣的溶解量，在近紅外激光激發下持續不斷產生單線態氧，同時高壓氧環境也能夠提高納米顆粒在腫瘤的靶向輸送，增強了納米顆粒的epr效應，實現了協同效應，因此本發明的光動力治療系統能夠取得了很好的治療效果。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制備的內核的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1的透射電鏡圖(尺度：50nm)；

圖2是水溶性的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2透射電鏡圖；

圖3a為nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2x-射線衍射圖，圖3a中縱坐標數值為強度相對值；圖3b為該油溶性納米顆粒綠色發光效率；

圖4本發明實施例1所制備的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒在808nm激光下產生的單線態氧，圖4中縱坐標為dpbf(單線態氧產生的指示劑)熒光強度相對值；

圖5為采用本發明的納米顆粒在小鼠的腫瘤的靶向輸送效果比較圖；

圖6為采用本發明的光動力治療系統以及單線態氧的產生方法對小鼠腫瘤進行處理的結果。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發明提供的鑭系納米顆粒，其內核具有層層包裹的三明治結構，外殼為介孔硅層，其中內核三明治結構的納米顆粒為油酸配位鍵合在納米顆粒晶體表面，其結構化學組成為nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz，其中0≤x≤0.3；0≤y≤0.05；0≤z≤0.1；0≤t≤0.4,該三明治結構的外殼是可調控厚度的介孔硅層，其中內核三明治結構的鑭系納米顆粒的平均粒徑為10～100nm，外殼介孔硅層的厚度為2～20nm。

本發明制備的優選的三種具有核殼結構的鑭系納米顆粒結構化學組成為：

nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2或

nagd0.73f4:yb0.2，er0.02,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2或

nagd0.7f4:yb0.2，er0.05,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2。

因此，本發明的鑭系納米顆粒整體的平均粒徑為12～120nm。

上述鑭系納米顆粒表面可吸附光敏劑，所述光敏劑為在520、550、660nm處有吸收的光敏劑，優選為玫瑰紅、mc540、甲基藍或二氫卟吩等。

上述鑭系納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)向乙酸釓、乙酸釔、乙酸鉺和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液a；

2)將所述溶液a冷卻至20～30℃，向所述溶液a中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液，得到溶液b；

3)將所述溶液b升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒混合液；

4)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液；

5)向乙酸釔和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液c；

6)將所述溶液c冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液d；

7)將所述溶液d升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液；

8)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒成品；然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液；

9)向乙酸釹、乙酸釓和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液e；

10)將所述溶液e冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液f；

11)將所述溶液f升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液；

12)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒成品，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液；

13)取十六烷基三甲基溴化銨加入到水中，攪拌0.5～2小時，形成溶液g；隨后升溫至60～80℃；

14)將所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液滴加入所述溶液g，攪拌條件下反應0.5～48小時；然后滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉和50～300ul的teos，攪拌條件下反應2～8小時，得到溶液h；將所述溶液h離心后，得到如權利要求1所述的鑭系納米顆粒。

其中，步驟1)、步驟5)和步驟9)中每溶解1mmol的鑭系元素化合物，所述油酸用量為3～10ml，所述十八烯用量在5～10ml。

步驟2)所述nh4f的用量為鑭系元素化合物摩爾量的3～4倍；步驟2)所述naoh的用量為鑭系元素化合物摩爾量的2～3倍；步驟2)滴加所述naoh/nh4f的甲醇溶液的滴加時間為1～10min。步驟6)和步驟10)所述nh4f的用量為鑭系元素化合物摩爾量的1～2倍；步驟6)和步驟10)所述naoh的用量為鑭系元素化合物摩爾量的1～1.5倍。

步驟13)所述ctab加入量為0.1g/10毫升水。

步驟14)滴加時間為10分鐘～5小時。

負載光敏劑的方法為：將上述鑭系納米顆粒分散到適量的水中，加入適量的光敏劑水溶液，攪拌后離心，得到負載(吸附)有光敏劑的鑭系納米顆粒。

本發明所述的鑭系納米顆粒為一種多功能鑭系納米顆粒，可以應用于制備治療腫瘤的藥物。

本發明還提供了一種利用鑭系納米顆粒持續產生單線態氧的方法，通過將吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒置于高壓氧環境中，同時對該鑭系納米顆粒進行近紅外激光照射。鑭系納米顆粒的濃度為10mg/ml，用量為10～200ul，鑭系納米顆粒表面的光敏劑為玫瑰紅時，玫瑰紅的濃度為0.5～1g/10ml水，該高壓氧環境由高壓氧艙提供，近紅外激光的波長為980、915、808或780nm。

將該方法用于腫瘤的治療時，將含有表面吸附光敏劑的該鑭系納米顆粒置于高壓氧環境中的時間為30min～4h/次，高壓氧的壓力為大于1個大氣壓，但不大于3個大氣壓，近紅外激光照射的時間為5min～5h/次，所述激光強度為0.35w/cm²～5w/cm²，可以根據單線態氧產生量的需要來確定置于高壓氧環境以及光照的次數和時間。

本發明的光動力治療系統，包括載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊；其中，載藥模塊用于負載表面吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒；高壓氧供給模塊用于向載藥模塊提供高壓氧氣，載藥模塊置于高壓氧供給模塊提供的高壓氧環境中；光照模塊用于向載藥模塊提供光照，使負載光敏劑的鑭系納米顆粒在光照下持續產生單線態氧，產生的單線態氧用于病灶的光動力治療。

本發明通過改變鑭系元素的種類及配比調節油溶性納米顆粒的熒光發射強度，如實施例中采用乙酸釹、乙酸釓、乙酸鉺和乙酸鈣為反應前體，制備得到油溶性nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1納米顆粒，具有粒徑小、粒徑均一的特點。該納米顆粒在近紅外光980、915、808和780nm激發下，產生發射波長為520、550和660nm的熒光，熒光強度高、熒光穩定性好；當鉺為發光中心，當鉺的摻雜度為2％時，所制備的油溶性納米顆粒綠色發光效率最高。本發明的油溶性納米顆粒的粒徑通過控制反應溫度和時間調控，溫度越高、反應時間越長，油溶性納米顆粒的粒徑越大。

構建的納米顆粒的外層包裹一層介孔硅，一方面可以提高納米顆粒的水溶性，另一方面由于其可控的層厚，可以作為載體，負載光敏劑。光敏劑的負載效率與孔隙率、比表面積有關。

上述納米顆粒在近紅外光980nm、915nm、808nm和780nm的激發下，產生的520nm和550nm熒光會被外殼的光敏劑玫瑰紅吸收，在細胞內氧氣的參與下，產生單線態氧。

由于腫瘤具有乏氧的特征，而且光動力治療本身會消耗氧氣，因此現有技術的光動力治療系統治療效果低下。本發明提供的光動力治療系統，通過聯合高壓氧艙的方式，達到提高了腫瘤氧氣的溶解量的目的，增強了光動力治療的效果，同時也提高了納米顆粒在腫瘤病灶的靶向輸送，增強了納米顆粒的滲透滯留效應(epr效應)，實現了兩者的協同，達到較好的治療效果。

以下為實施例：

實施例1

制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2-rosebengal

1.1制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1

1)稱取0.7mmol乙酸釓,0.18mmol乙酸釔,0.02mmol乙酸鉺,0.1mmol乙酸鈣，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液a；

2)溶液a冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液a中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液10ml，控制蠕動泵的轉速，調節滴加速度為0.3ml/min，得到溶液b；

3)溶液b升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環境下以10℃/min升溫至280℃，反應60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1成品。將其分散于10ml的己烷溶液中。

1.2制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1

1)稱取0.9mmol乙酸釔、0.1mmol乙酸鈣，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液c；

2)溶液a冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液b中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液5ml和10mlnagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1的己烷溶液，控制蠕動泵的轉速，調節滴加速度為0.3ml/min，得到溶液d；

3)溶液d升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環境下以10℃/min升溫至280℃，反應60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1成品。

1.3制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1

1)稱取0.6mmol乙酸釹,0.3mmol乙酸釓,0.1mmol乙酸鈣混合物，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液e；

2)溶液e冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液e中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液5ml和10mlnagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1的己烷溶液，控制蠕動泵的轉速，調節滴加速度為0.3ml/min，得到溶液f；

3)溶液f升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環境下以10℃/min升溫至280℃，反應60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18,er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1成品。

1.4制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2

1)稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨加入到10ml水中，攪拌均勻，形成溶液g；隨后升溫至70℃；

2)適量的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1納米顆粒的己烷溶液滴加入溶液g；

3)向上述中滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉(2m)、teos(100ul)溶液，攪拌3h，得到溶液h；

4)將溶液h離心后，得到水溶性的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2納米顆粒；

1.5制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2-rosebengal

將0.1gnagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2分散到5ml水中，加入200ul玫瑰紅水溶液(100mg/ml)，攪拌24h后離心，得到

nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒.

圖1是本發明實施例1制備的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1的內核的透射電鏡圖(尺度：50nm)；內核的尺寸大概在10nm左右。

圖2是本發明實施例1制備的水溶性的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2透射電鏡圖；整體的尺寸大概在17nm左右，粒徑均一。

圖3a是本發明實施例1制備的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2x-射線衍射圖，圖3a中縱坐標數值為強度相對值，每個峰值對應的晶面如圖3a所示。該納米顆粒在近紅外光980、915、808、780nm激發下，產生發射波長為520、550、660nm的熒光，熒光強度高、熒光穩定性好；當鉺為發光中心，當鉺的摻雜度為2％時，所制備的油溶性納米顆粒綠色發光效率最高，如圖3b所示。

實施例2

nagd0.73f4:yb0.2，er0.02,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2或

nagd0.7f4:yb0.2，er0.05,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2也可按照實施例1類似的方法制備得到，本發明的油溶性納米顆粒的粒徑通過調節反應溫度和時間來進行調控，溫度越高、反應時間越長，油溶性納米顆粒的粒徑越大。

實施例3

一種光動力治療系統，包括載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊，其中，載藥模塊為4t1腫瘤、瘤體積約為100mm³的balbc小鼠，該腫瘤內部含有50ul的實施例1制備得到的鑭系納米顆粒nagd0.7f4:yb0.18,er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-rosebengal(5mg/ml)；高壓氧供給模塊為高壓氧艙，壓力為3個大氣壓；光照模塊為880nm激光照射。

利用實施例1制備得到的鑭系納米顆粒持續產生單線態氧的方法，步驟為：將上述載藥模塊置于壓力為3個大氣壓的高壓氧艙中2小時，同時對含有該鑭系納米顆粒的上述腫瘤進行近紅外激光照射(0.75w/cm²、16min/次)，每隔一天高壓氧一次，隨后照射一次，實驗整個周期內共處理三次，實驗天數14天，觀察單線態氧的產生情況，實驗結果如圖4所示。圖4為本發明實施例1所制備的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒在808nm激光下產生的單線態氧的標準，圖4中縱坐標為dpbf(單線態氧產生的指示劑)熒光強度相對值，dpbf的數值下降越快，提示單線態氧的產生率越高，圖4中ucnp+rb+hbo為高壓氧組，ucnp+rb+normoxia為正常氧組，ucnp+rb+hypoxia組為缺氧組，rb為光敏劑玫瑰紅，ucnp為上轉換熒光納米材料，從圖4中可以看出，高壓氧處理后的單線態氧的產生率最快，20分鐘時產生的單線態氧量為普通組的2倍，為缺氧組的8.5倍。

利用該光動力治療系統以及單線態氧的產生方法對腫瘤進行處理和觀察，圖5為納米顆粒在小鼠的腫瘤的靶向輸送效果比較，normal組為常壓組，hbo組為高壓氧組，可以看出，從2小時后，高壓氧處理的納米顆粒的腫瘤靶向輸送肖國就高于普通組，隨著時間的延長，直到24小時，高壓氧處理的納米顆粒在腫瘤的靶向輸送效果都高于普通組。圖6為小鼠的腫瘤抑制效果。圖5中control組為pbs組，nir組為近紅外光照射組，hbo組為高壓氧組，ucnps+hbo為上轉換納米材料+高壓氧組，ucnps+nir為上轉換納米材料+近紅外光照射組，ucnps+nir+hbo為上轉換納米材料+近紅外光照射+高壓氧組，可以看出，相比較于其他的組別，高壓氧處理后的抑瘤效果遠遠好于其他組別，處理時間14天。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。