水溶性NaYF4:Yb,Er上转换发光纳米材料的制备及应用

摘要

上转换发光材料是一类重要的稀土发光材料，能够通过多光子机制将红外光转换成可见光，其特点是所吸收的光子能量低于发射光的光子能量，又称为反Stokes材料，这种发光称为反Stokes发光。上转换发光材料在小型固体激光器、红外量子计数探测器、温度传感器、太阳能电池、三维立体演示、防伪技术以及免疫医学等领域都有着重要的应用。
　　近年来，纳米尺度的稀土上转换发光材料(upconversion nanoparticles，UCNPs)作为一种新型荧光标记物在生物大分子检测、医学成像等方面的应用正日益受到研究人员的重视，相关报道日渐增多。与传统的荧光标记物，如有机染料、量子点等相比，上转换发光纳米材料具有激发光能量低，发射光谱窄，Stokes位移大，化学稳定性好，发光强度高而稳定，发射波长可通过控制其组成进行调节和毒性低等优点。另外，稀土上转换发光纳米材料的激发光源通常为近红外连续激光器(典型的是980 nm)，在此激发条件下可以避免生物样品自身荧光的干扰和散射光现象，对生物组织无损伤，光穿透深度较深，从而降低检测背景，提高信噪比。因此，上转换发光纳米材料作为荧光标记物在生物大分子分析和医学临床检测领域都有着非常好的应用前景。
　　常用的上转换纳米基质材料有氧化物、硫化物、氟化物以及磷酸盐等，其中以六方相NaYF4为基质的上转换材料发光效率最高。据报道，目前可以用于生物检测的上转换荧光标记物主要是Yb/Er和Yb/Tm共掺杂的NaYF4纳米颗粒。最近相继报道了很多有机相中NaYF4:Yb，Er/Tm的合成，其形貌和发光性能优异，然而这些纳米颗粒较差的水溶性限制了其在生物体系中的应用。因此合成出高性能、亲水的NaYF4:Yb，Er/Tm上转换发光纳米材料是扩展其在生物和医学方面应用的前提，具有重要意义。
　　众所周知，纳米金在紫外可见光区域有吸收。15 nm的金纳米粒子在520 nm处有最大吸收，且吸收系数很大，与NaYF4:Yb，Er的荧光峰位置匹配，二者之间可以构建荧光共振能量转移(FRET)体系。FRET因其对距离的敏感性，广泛地应用于生物大分子结构、性质、反应机理以及定量分析等方面的研究。
　　本文综述了纳米材料、纳米荧光探针的发展概况，稀土上转换发光纳米材料的制备进展、光学性质和潜在应用。在此基础上，分别开展了以下几方面的工作:
　　1、通过溶剂热法制备了在油酸中稳定的NaYF4:Yb，Er UCNPs，并成功地利用β-环糊精的包结作用将有机相合成的NaYF4:Yb，Er UCNPs转移到水相。
　　2、合成了乙二胺-β-环糊精(CDen)，并将其应用于相转移过程中，得到了表面带有氨基的水溶性NaYF4:Yb，Er UCNPs。
　　3、基于FRET原理，将金纳米颗粒和β-环糊精包覆的NaYF4:Yb，Er UCNPs利用硼酸酯键连接起来，D-果糖与苯硼酸有强的络合作用，加入 D-果糖后，金纳米颗粒和NaYF4:Yb，Er UCNPs之间的距离增大，从而阻止了荧光共振能量转移，NaYF4:Yb，Er UCNPs的荧光恢复，达到测定果糖的目的。
　　4、利用水热法合成了NaYF4:Yb，Er上转换纳米棒，并探索了在纳米棒表面先配体交换然后包覆多孔二氧化硅的条件。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 前 言

第一节 纳米材料和纳米荧光探针概述

第二节 稀土上转换发光纳米材料研究进展

参考文献

第二章 水溶性 β-NaYF4:Yb, Er 上转换纳米颗粒的制备及表征

第一节 β-NaYF4:Yb, Er 上转换纳米颗粒的制备及表征

第二节 相转移法制备水溶性 β-NaYF4:Yb, Er 上转换纳米颗粒

参考文献

第三章 基于 NaYF4:Yb, Er 纳米颗粒和金纳米颗粒之间的共振能量转移测定 D-果糖

1. 引言

2. 实验部分

3. 结果与讨论

4. 阶段性结论与建议

参考文献

第四章 水热法合成 NaYF4:Yb, Er 纳米棒及其表面包覆多孔二氧化硅的研究

1. 引言

2. 实验部分

3. 结果与讨论

4. 阶段性结论与建议

参考文献

附图：

作者发表的学术论文、专利及参与的课题

致谢