多功能稀土氟化物/Bi2S3纳米材料的可控合成、性能调控及生物应用研究

摘要

近年来，稀土上转换发光纳米材料作为一种新型的荧光纳米探针，由于其特殊的反斯托克斯发光过程，使其具有发光峰窄、毒性低、发光寿命长、光学与化学稳定性高等优点而备受关注。与可见光相比，近红外(Near-Infrared，NIR)波段具有对生物组织损伤小、组织穿透能力深、背景荧光干扰弱、成像灵敏度高等优点，因此，具有NIR-to-NIR发射的上转换纳米材料更适合作为生物成像纳米探针。但是，尽管基于稀土上转换纳米材料的光学成像灵敏度高，可以提供组织甚至细胞信息，但它的空间分辨率和组织穿透深度有限。而计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)成像和磁共振(Magnetic Resonance，MRI)成像分别具有深组织穿透和高分辨率的特点。因此，开发集光学、CT和MRI成像于一体的纳米探针，将有助于提高疾病诊断的准确率甚至可以实现早期肿瘤探测。另外，光热治疗技术作为新型的肿瘤微创治疗技术，与化学疗法、放射疗法、外科手术相比，它具有快速、高效、微创和副作用小等优点。基于此，本文旨在构建结构及性能可控的多功能稀土氟化物纳米材料，应用于多模态成像和肿瘤探测;构建水溶性的硫化物纳米探针作为光热试剂，用于光热治疗肿瘤。
　　本研究主要内容包括：⑴采用水热法成功制备了Gd3+/Mn2+掺杂的光/磁双功能NaYbF4上转换纳米晶。研究结果显示，通过Gd3+掺杂可以调节NaYbF4纳米晶的晶相及尺寸，而且高Gd3+浓度掺杂有利于纯六角相以及小尺寸纳米晶的形成。另外，Gd/Mn具有优异的磁性能，它们的引入可以给NaYbF4上转换纳米晶带来额外的顺磁性质，从而实现纳米晶的光、磁双功能化。而且从NaYbF4上转换纳米晶的发射光谱可知，这两种上转换纳米晶都具有优异的NIR-to-NIR发射。这些具有高效NIR-to-NIR发射的光、磁双功能NaYbF4上转换纳米晶可用于多模态成像应用，为制备生物多模态成像纳米探针提供了指导。⑵将前面所制备的具有NIR-to-NIR发射的上转换纳米晶通过盐酸处理法由油溶性转化为水溶性。上转换光学生物成像表明了Gd3+/Mn2+掺杂的NaYbF4上转换纳米晶可以作为理想的生物成像纳米探针。NaYbF4∶Tm3+/Gd3+上转换纳米晶在活体内的实时追踪结果表明了上转换纳米晶主要集中在肝和脾位置，并揭示了该纳米探针的体内代谢机理。此外，我们成功实现了尺寸小于5mm肿瘤的高灵敏性光学/磁共振探测。因此这种具有高效NIR-to-NIR发射的光/磁双功能NaYbF4上转换纳米晶为疾病高灵敏性诊断及早期肿瘤探测奠定了基础。⑶采用一步水热法制备了水溶性的Bi2S3纳米晶，研究Bi2S3溶液在808 nm激光激发下的光热效率，结果表明Bi2S3纳米晶具有较强的光热转换效率。此外以Bi2S3纳米晶为光热剂，在808 nm激光激发下成功实现了光热治疗肿瘤。因此我们所合成的Bi2S3光热剂具有光热治疗肿瘤的潜在应用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 稀土上转换发光材料的简介

1．2 稀土上转换发光材料的发光机理

1．3 稀土上转换纳米材料的常用制备方法

1．4 稀土上转换发光材料的多模态成像

1．5 光热治疗的简介

1．6 选题依据和主要研究内容

1．6．1 选题依据

1．6．2 主要的研究内容

第二章 Gd3+／Mn2+掺杂双功能NaYbF4纳米晶的可控合成及上转换光学性质的研究

2．1 引言

2．2 Gd3+／Mn2+掺杂双功能NaYbF4纳米晶的制备与表征

2．2．1 实验原料

2．2．2 Gd3+／Mn2+掺杂NaYbF4纳米晶的制备

2．2．3 材料的性能和结构表征

2．3 实验结果与分析

2．3．1 Gd3+／Mn2+掺杂NaYbF4纳米晶的晶相与形貌

2．3．2 Gd3+／Mn2+掺杂NaYbF4纳米晶的光学性质

2．4 本章小结

第三章 Gd3+／Mn2+掺杂双功能NaYbF4纳米晶的多模态成像及肿瘤探测

3．1 引言

3．2 样品的制备和应用

3．2．1 水溶性的NaYbF4：Tm3+／Gd3+上转换纳米晶的制备

3．2．2 NaYbF4纳米晶上转换光学生物活体成像

3．2．3 NaYbF4纳米晶的磁共振成像

3．2．4 NaYbF4纳米晶的CT成像

3．2．5 NaYbF4纳米晶的肿瘤探测

3．3 实验结果与分析

3．3．1 NaYbF4：Tm3+／Gd3+纳米晶光学生物活体成像

3．3．2 NaYbF4：Tm3+／Mn2+纳米晶光学生物活体成像

3．3．3 NaYbF4纳米晶体外及体内磁共振成像

3．3．4 Gd3+／Mn2+掺杂NaYbF4纳米晶的CT／X-ray成像

3．3．5 NaYbF4：Tm3+／Gd3+纳米晶光学／磁共振成像的肿瘤探测

3．4 本章小结

第四章 一步水热法合成水溶Bi2S3纳米晶及光热性质的研究

4．1 引言

4．2．1 实验原料

4．2．2 Bi2S3纳米晶的制备

4．2．3 Bi2S3纳米晶材料的性能和结构表征

4．2．4 Bi2S3纳米晶材料的体外毒性测试

4．3．1 Bi2S3纳米晶的晶相与形貌

4．3．2 Bi2S3纳米晶的毒性测试

4．3．3 Bi2S3纳米晶光热效果

4．3．4 Bi2S3纳米晶光热治疗

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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