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《鑭系摻雜氟化物發(fā)光生物標(biāo)記納米材料的制備與性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、摘要幾十年來(lái)，發(fā)光標(biāo)記材料的研究與應(yīng)用極大地促進(jìn)了生物化學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)及疫病防治與控制等生物學(xué)研究的進(jìn)步與發(fā)展。目前廣泛使用的有機(jī)染料和量子點(diǎn)(QuantumDots，QDs)等生物標(biāo)記材料因存在發(fā)射光譜寬、光熱穩(wěn)定性差、間歇性發(fā)光(閃爍，Blinking)和細(xì)胞毒性等諸多缺陷，有很大的應(yīng)用局限。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)鑭系摻雜發(fā)光納米微粒兼具有毒性低、化學(xué)穩(wěn)定性高、發(fā)光強(qiáng)度高而穩(wěn)定(無(wú)閃爍)、斯托克斯位移(Stokesshiit)大等綜合優(yōu)異性能，可望成為一種極具發(fā)展前景的新型發(fā)光生物標(biāo)記材料，因而對(duì)其產(chǎn)生了濃厚
2、的研究興趣。本文綜述了發(fā)光生物標(biāo)記材料的研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)介紹了鑭系離子的光譜理論及鑭系摻雜發(fā)光納米微粒的研究背景，概括和評(píng)述了近年來(lái)鑭系摻雜發(fā)光納米微粒的合成和表面修飾所取得的進(jìn)展和面臨的問(wèn)題，并對(duì)其今后的研究方向進(jìn)行了總結(jié)和展望。在此基礎(chǔ)上，我們針對(duì)生物標(biāo)記對(duì)發(fā)光材料的要求，研究建立了一系列低溫濕化學(xué)合成方法和原位表面化學(xué)修飾技術(shù)，成功制備了多種具有不同光學(xué)性質(zhì)的鑭系摻雜氟化物發(fā)光納米微粒。應(yīng)用x射線(xiàn)衍射(XRD)、透射電鏡(聊)、光致發(fā)光譜(PL)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、熱分析(DTA-TG
3、)以及Eu3+離子熒光探針和細(xì)胞毒性檢測(cè)等手段研究了合成條件和摻雜離子濃度等對(duì)鑭系摻雜發(fā)光納米微粒的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和尺寸、表面化學(xué)性質(zhì)、摻雜離子的固溶度和摻雜格位以及發(fā)光性能的影響和控制規(guī)律，取得了一系列重要的結(jié)論和創(chuàng)新性成果，為鑭系摻雜納米微粒在生物標(biāo)記領(lǐng)域應(yīng)用的推廣和普及打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以濕化學(xué)法制備鑭系摻雜發(fā)光納米微粒時(shí)，通常都需要在起始反應(yīng)溶液中加入其它試劑來(lái)控制微粒的生長(zhǎng)，從而得到納米級(jí)的微粒。本文中，我們基于溶度積原理，研究建立了一種簡(jiǎn)便易行的在純乙醇溶液中進(jìn)行的化學(xué)共沉淀法，在不使用任何外
4、加試劑的情況下，分別制備了粒徑為15rim、10rim和30hm左右的CaF2：Eu3+、LaF3：Eu3+和GdF3：Eu3+納米微粒。所得產(chǎn)物均為純單相晶體，其晶型分別為立方、六方和斜方。通過(guò)改變起始原料的配比，在納米微粒中摻入了不同濃度的Eu3+離子。研究表明，在所考察的摻雜濃度范圍內(nèi)(CaF2、LaF3和GdF3納米微粒中Eu3+離子的最高摻雜濃度分別為30m01％、60m01％和40m01％)，增加Eu3+離子摻雜濃度不會(huì)引起新結(jié)晶相的產(chǎn)生，三種納米微粒的發(fā)光強(qiáng)度隨Eu3+離子摻雜濃度增大均表現(xiàn)
5、出了濃度猝滅現(xiàn)象，其猝滅濃度分別為～15m01％、-30m01％和～20m01％。大多數(shù)生物實(shí)驗(yàn)都要求標(biāo)記材料親水，獲得親水性納米微粒的常用方法是在樣品制備過(guò)程中加入一些具有親水基團(tuán)的有機(jī)配體，使這些配體結(jié)合在產(chǎn)物表面從而賦予其親水性。本文中，我們基于水分子與稀土離子的配位作用，研究建立了一種浙江大學(xué)博士學(xué)位論文非常簡(jiǎn)單的在水溶液中進(jìn)行的化學(xué)共沉淀法，在不使用任何外加有機(jī)配體的情況下制備了粒徑30nm以下的親水性LaF3：Ln”(Ln=Eu，Ce．Tb，Nd)納米微粒。所得產(chǎn)物具有純六方相晶體結(jié)構(gòu)，能穩(wěn)定
6、存在于水溶液中并產(chǎn)生較強(qiáng)的發(fā)光(量子效率為16％)。摻雜不同的鑭系離子的樣品能夠產(chǎn)生從可見(jiàn)到近紅區(qū)域的發(fā)光，適用于多種不同的生物標(biāo)記，特別是摻雜Nd”離子的納米微粒，其激發(fā)位置和主要發(fā)射峰都位于近紅外區(qū)域，非常適用于超靈敏的生物檢測(cè)和生物呈像。生物標(biāo)記(特別是活細(xì)胞和活體標(biāo)記)實(shí)驗(yàn)中通常還要求納米微粒表面具有化學(xué)官能團(tuán)并且生物相容(即沒(méi)有細(xì)胞毒性)，獲得這些屬性的常規(guī)方法是在納米微粒制備好之后再對(duì)其進(jìn)行表面修飾。本文中，我們基于表面包覆劑分子結(jié)構(gòu)上的氨基與稀土離子間的配位作用，研究建立了一種鑭系摻雜發(fā)光納
7、米微粒的原位表面修飾方法，通過(guò)單步反應(yīng)分別制備了殼聚糖包覆的CTS／LaF3：Eu3+和聚乙烯亞胺包覆的PEI／NaYF4：Yb3+,Er3+等一系列納米微粒。其中CTS／LaF3：Eu3+納米微粒具有純六方相晶體結(jié)構(gòu)，粒徑為25rim左右；PEI／NaYF4：Yb3+,Ed+納米微粒為六方相和立方相混合的晶體，粒徑約為50nm。研究表明，兩種表面包覆膜對(duì)人結(jié)腸腺癌HT-29細(xì)胞系均無(wú)細(xì)胞毒性，也不會(huì)影響納米微粒的發(fā)光光譜性質(zhì)和發(fā)光量子效率。經(jīng)表面修飾的納米微粒在中性水溶液中可穩(wěn)定存在5天以上，能較好地滿(mǎn)
8、足活細(xì)胞和活體標(biāo)記的需要。常規(guī)的發(fā)光標(biāo)記技術(shù)通常以紫外光或短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光作為激發(fā)源，這些激發(fā)光因能量較高，除能引起生物體的白發(fā)熒光，還會(huì)對(duì)細(xì)胞和生物組織產(chǎn)生光損傷。為了克服這些缺陷，我們開(kāi)展了鑭系摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米微粒的研究。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料能夠在近紅外光的激發(fā)下產(chǎn)生可見(jiàn)發(fā)光，可以有效解決常規(guī)激發(fā)方式引起的一系列問(wèn)題。我們應(yīng)用本文建立的純乙醇溶液中進(jìn)行的化學(xué)共沉淀法，制備了共摻y(tǒng)b3+．Er3+的LaF3上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米微粒，研究
