核壳结构上转换稀土化合物纳米晶的合成、发光性能及抗肿瘤研究

摘要

纳米粒子因具有小粒径和大表面积而具有与块体材料不同的物理化学性质，因此在传感器、催化剂、生物医学、激光、甚至环境应用等领域都存在广阔的应用空间。随着应用的深入研究，对纳米粒子的结构、功能、尺寸和组成的要求也越来越高，单一功能的纯材料已经不能满足科研和应用的要求。因此，多功能复合材料应运而生，并得到了广泛的研究。本论文正是针对这一方向，设计合成了多种核壳结构的光和/或磁功能化的纳米晶复合材料，选取核壳结构主要因为该结构能够将核材料和壳材料的功能结合在一起，且方法简单易行。本论文采用如下路线设计合成了三种核壳结构上转换纳米复合材料：
　　在高温溶剂热体系下通过甲醇蒸发法合成具有统一形貌及均匀尺寸的NaGdF4及掺杂纳米晶；选取微观性质更为出色的NaGdF4:Yb3+/Er3+纳米晶，在其表明包覆无稀土离子掺杂的惰性 NaLaF4壳层，合成单分散、形状规则且结晶度良好的NaGdF4:Yb3+/Er3+@NaLaF4核壳结构纳米粒子。材料的晶向、形貌和发光性能可通过XRD、透射电镜、高分辨率透射电镜、红外光谱仪、紫外-可见吸收光谱等技术手段测试。合成的纳米粒子由于具有亲油表面，能够很容易地溶解在非极性的环己烷溶液中。在980 nm近红外光照射下，Yb/Er共同掺杂的NaGdF4:Yb3+/Er3+和NaGdF4:Yb3+/Er3+@NaLaF4上转换纳米晶都能发射明亮的上转换荧光。最重要的是：核壳结构极大提高了核材料的荧光强度，这也意味着它在生物标记、生物成像和其他的光学技术上的潜在的应用。
　　通过种子生长法制备一种新型核壳结构Fe3O4@NaGdF4:Yb/Er@NaGdF4:Yb/Er纳米晶。这种纳米材料由具有磁性的Fe3O4内核以及具有上转换荧光性能的NaGdF4:Yb/Er双层外部壳所组成，实现了磁性及上转换荧光性质的有机结合。此外，将NaGdF4:Yb/Er壳包覆在Fe3O4@NaGdF4:Yb/Er纳米粒子上能够增加上转换发光的强度。这种多级核壳结构纳米材料的制备思路也对其他类核壳结构纳米材料的合成具有重要的借鉴意义。
　　用气泡作为软模板剂通过共沉淀法合成La2O3:Yb/Er中空球体纳米晶。研究温度对气泡及空心球制备的影响，以及柠檬酸和氢氧化钠对纳米材料分散性的影响。再将粒径大小约为9 nm的金纳米粒子在不加入任何无机溶剂的情况下结合在已经准备好的La2O3:Yb/Er中空小球中，获得La2O3:Yb/Er@Au复合材料。研究表明这种核壳结构上转换纳米粒子在紫外光的激发下它的荧光强度比La2O3:Yb/Er增加了49.7倍。此外，纳米材料对MCF-7肿瘤细胞的生物相容性成功地揭示了它在载药方面的应用。最重要的是这种简单高产的制备方案将为类似材料的制备奠定重要基础。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 稀土发光材料概述

1.3 稀土发光微/纳米材料的合成方法

1.4 课题设计

第2章 实验材料及方法

2.1 主要试剂

2.2 合成方法

2.3 分析表征方法

第3章 核壳结构NaGdF4:Yb3+/Er3+@NaLaF4纳米晶体的合成及其上转换荧光增强效果的研究

3.1 前言

3.2 样品的制备及亲水转换

3.3 结果及讨论

3.4 本章小结

第4章 Fe3O4@NaGdF4:Yb/Er@NaGdF4:Yb/Er核壳结构纳米颗粒的可控合成及相关性质研究

4.1 前言

4.2 材料的制备

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 La2O3:Yb/Er@Au中空介孔球的可控合成及抗肿瘤活性研究

5.1 引言

5.2 复合材料的构建思想

5.3 复合材料的制备

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢