NaYF4:Yb/Er/Gd上转换纳米颗粒的合成及其在能量共振转移中的应用

摘要

稀土掺杂的上转换发光纳米颗粒(UCNPs)是一类重要的发光材料，它可以通过双光子或多光子机制将低频率的激发光转换成高频率的发射光。这种纳米晶具有毒性低、稳定性好、发光强度高、Stokes位移大等优点。而且，其激发光为红外光，可以有效避免生物体自体荧光的干扰和散射光现象，从而降低检测背景，提高信噪比。因此，上转换纳米颗粒作为一种新型标记物在生物分析领域的应用备受关注。高质量、高荧光性能NaYF4∶Yb，Er上转换纳米颗粒的可控合成和表面功能化是其在生物检测等领域广泛应用的前提条件。本项研究针对上转换发光纳米材料的合成、表面修饰及在能量共振转移中的应用做了较系统的研究。
　　本研究首先采用溶剂热法合成了高性能的上转换发光纳米颗粒。实验中采用稀土(Y3+，Yb3+，Er3+和Gd3+)硬脂酸盐和NaF为前躯体，乙醇、水和油酸几种物质为溶剂。Gd3+离子的掺杂能够促进NaYF4从四方晶型到六方晶型的转变、缩短反应时间，制得纳米颗粒的发光强度较在相同反应条件下得到的NaYF4∶Yb/Er的明显增强。反应温度较低且不使用任何有毒有机溶剂。通过X-射线衍射、傅里叶变换红外光谱、透射电镜、荧光分光光度计等对制得的NaYF4∶Yb/Er/Gd纳米颗粒进行了表征。纳米颗粒基本呈球形，粒径较小，在980 nm激发器激发下发射相当强的绿光，经表面修饰后能够应用于生物分析。使用经典的St(o)ber法对NaYF4∶Yb/Er/Gd纳米颗粒进行表面氨基化修饰后将其与表面含有大量羧基的藻红蛋白连接，以NaYF4∶Yb/Er/Gd纳米颗粒作为能量的供体，藻红蛋白作为能量的受体，建立起发光共振能量转移体系（LRET）。在该体系中存在两个线性关系:一是NaYF4∶Yb/Er/Gd纳米颗粒在543 nm处的发光强度的对数与藻红蛋白浓度之间的线性关系;另一个是藻红蛋白发光强度的对数与藻红蛋白浓度对数之间的线性关系。藻红蛋白的最低检出限(3σ)为0.5μg/mL，相对标准偏差为2.0％(n=11，21.9μg/mL)。该体系也可迸一步扩展用于检测其他蛋白、生物大分子等物质。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物荧光标记材料

1．1．1 有机染料

1．1．2 量子点

1．1．3 稀土纳米颗粒

1．2 稀土上转换发光纳米颗粒

1．2．1 概述

1．2．2 上转换材料的发光机理

1．3 上转换发光纳米颗粒的合成方法

1．3．1 络合共沉淀法

1．3．2 热分解法

1．3．3 水热／溶剂热法

1．3．4 其他方法

1．4 上转换发光纳米颗粒的表面修饰

1．4．1 无机壳层修饰

1．4．2 有机配体修饰

1．5 上转换发光纳米颗粒的生物应用现状

1．5．1 细胞与活体成像

1．5．2 生物大分子检测

1．5．3 荧光共振能量转移

1．5．4 其他方面的应用

1．6 三掺杂上转换发光纳米颗粒的合成

1．7 本论文的研究思路及意义

第2章 NaYF4：Yb／Er／Gd上转换发光纳米颗粒的合成及表征

2．1 引言

2．2 试剂

2．3 仪器

2．4 实验部分

2．4．1 反应前驱体的制备

2．4．2 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的合成

2．4．3 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的表征

2．5 结果与讨论

2．5．1 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的上转换发光机理

2．5．2 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的表征

2．5．3 Gd3+离子的掺杂对合成纳米颗粒的影响

2．5．4 反应温度对纳米颗粒的影响

2．5．5 稀土离子掺杂浓度对纳米颗粒发光性能的影响

2．5．6 油酸用量对纳米颗粒发光性能的影响

2．6 本章小结

第3章 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的氨基修饰及藻红蛋白的预处理

3．1 引言

3．2 试剂

3．3 仪器

3．4 实验部分

3．4．1 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的氨基修饰

3．4．2 藻红蛋白的预处理

3．4．3 氨基修饰后的纳米颗粒及预处理后的藻红蛋白的表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 氨基修饰的NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒的表征

3．5．2 藻红蛋白的紫外吸收光谱分析

3．5．3 藻红蛋白原液浓度的计算

3．6 本章小结

第4章 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒在发光共振能量转移中的应用

4．1 引言

4．2 试剂

4．3 仪器

4．4 实验部分

4．4．1 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒与藻红蛋白的链接

4．4．2 对该能量转移体系的检测

4．5 结果与讨论

4．5．1 发光共振能量转移机理

4．5．2 两种链接方法对能量转移效率的影响

4．5．3 活化剂种类对能量转移效率的影响

4．5．4 反应条件对能量转移效率的影响

4．5．5 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒与藻红蛋白用量的最优比

4．5．6 NaYF4：Yb／Er／Gd纳米颗粒与藻红蛋白之间的相互作用

4．6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文