掺稀土(La3+，Nd3+，Eu3+，Gd3+)纳米成像材料的制备及其光学性能研究

摘要

成像技术在分子生物学、细胞学等基础科学以及临床诊断等领域都发挥着至关重要的作用。通过开发性能优越的成像材料，能够提高影像的对比度和分辨率，得到更加精细的影像图，进而从中获取更多的生物学信息。传统的有机荧光染料光化学稳定性差、吸收和发射带较宽、光漂白和光解严重、光解产物往往对生物体有杀伤作用，这极大地限制了它的应用范围。而近年来广泛研究的半导体荧光纳米晶由于化学稳定性较差，生物毒性难以避免，其应用仍然受到一些限制。相比而言，稀土纳米材料具有独特的光、电、磁等物理性能，并且生物毒性小，因而在生物成像技术中具有广阔的应用前景。
　　本论文在课题组前期研究的基础上，采用水热法合成了一系列不同形貌、尺寸的紫外-可见和近红外-近红外稀土发光纳米材料，对纳米粒子的结构、形貌及荧光性能等进行分析表征，并进一步研究了可能存在的反应机理。通过采用水溶性聚合物对纳米粒子进行表面修饰，得到表面连接功能基团的水溶性纳米粒子，实现了掺Nd3+纳米粒子在水溶液中的发光。
　　本论文主要由五部分组成：第一章，概述稀土纳米成像材料的制备方法、研究热点和应用进展，并对本论文的研究目的和主要内容进行了阐述。第二章，采用水热-煅烧的方法制备了Gd2O3: Eu3+纳米棒，系统研究了反应时间、体系pH值和煅烧时间等对产物形貌的影响。第三章，采用掺杂控制辅助的水热法制备了一些列未掺杂和Nd3+掺杂LaxGd1-xF3（x=0~1）纳米晶，并研究了La/Gd比例对纳米材料结构、性能及光学性能的影响。结果发现，通过向GdF3中掺入较高浓度的La3+离子（30 mol％），正交晶系的GdF3完全转变为六方晶系La0.3Gd0.7F3固溶体。并且，随着 La3+离子掺杂量增加，产物的形貌逐渐由微米级不规则棒状转变为接近单分散的纳米球，LaxGd1-xF3:Nd3+纳米晶的近红外-近红外荧光强度和寿命也呈现出先增加后减小的变化趋势，当x=0.2时，产物具有最强的荧光强度的最长的荧光寿命。第四章，在水热法制备稀土氟化物纳米晶的基础上，引入聚乙烯亚胺作为修饰剂，一步制备出水溶性单分散PEI-La0.3Gd0.7F3:Nd3+纳米粒子，并对其结构、形貌以及分散液的光学性能等进行研究；进一步改变基质材料的种类，分别得到相应的水溶性稀土纳米晶，证明这种方法在水溶性稀土氟化物的制备方面具有普适性。第五章，对研究工作进行总结和展望。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2稀土纳米成像材料的制备

1.3稀土纳米成像材料的研究热点

1.4稀土纳米成像材料的应用进展

1.5本论文的研究目的和主要内容

第二章 Gd2O3:Eu3+纳米棒的水热合成及性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 LaxGd1-xF3:Nd3+(x=0~1)纳米晶的水热合成及其性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果讨论

3.4本章小结

第四章 水溶性掺Nd3+稀土氟化物纳米晶的制备及其性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢