稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的制備及其在生物醫(yī)學(xué)在像中的應(yīng)用.pdf

1、稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料擁有許多優(yōu)點(diǎn),例如低毒性、高化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的光穩(wěn)定性、窄帶發(fā)射、長(zhǎng)的發(fā)光壽命;另外近紅外激光作為其激發(fā)光源帶來了許多優(yōu)勢(shì),例如較深的光穿透深度,對(duì)生物組織幾乎無損傷、生物組織不會(huì)發(fā)光(無背景熒光)等;這些特征使它們可望成為新一代生物發(fā)光標(biāo)記。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(UCNPs)生物應(yīng)用的前提是制備水溶性的、表面有活性基團(tuán)(例如-COOH,-NH2或者-SH)的UCNPs。
　　 本論文的研究?jī)?nèi)容包括兩部分,第

2、一部分是運(yùn)用水熱法制備了多種形貌、不同尺度、多種基質(zhì)和不同摻雜離子的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料。第二部分是將制備的油溶性稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料進(jìn)行表面改性,包括發(fā)展了表面配體環(huán)氧化方法和二氧化硅包覆方法制備了水溶性稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料,并用于活細(xì)胞成像。
　　 Ⅰ.稀土上轉(zhuǎn)換納米材料制備及其發(fā)光性質(zhì)的研究
　　 1)水熱法合成六方相Yb/Er,Yb/Ho摻雜的LaF3上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米盤
　　 我們采用水熱法在較低的溫

3、度(160℃)下制備了Yb/Er或Yb/Ho摻雜的純六方相LaF3納米盤,其形貌規(guī)則、粒徑均一、上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)。制備的納米材料能很好的分散在非極性溶劑(如氯仿,環(huán)己烷)中,經(jīng)980nm連續(xù)激光激發(fā)后可以發(fā)出強(qiáng)的可見光,并研究其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理,發(fā)現(xiàn)LaF3:20％Yb,1％Ho納米晶的Ho3+的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光約為1.5個(gè)光子吸收過程,而LaF3:12％Yb,3％Er納米晶的Er3+離子的綠色和紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光為兩光子吸收過程。
　　

4、2)通過控制晶型和形貌制備上轉(zhuǎn)換多色發(fā)射的NaYF4:Yb,Er納米晶
　　 我們?cè)跓o水乙醇/水/油酸/油酸鈉/氟化鈉體系中,通過控制無水乙醇/水的比例和量以及改變氟源的量制備不同形貌的納米粒子和納米(微米)棒結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化制備了立方相的納米球和納米立方塊,同時(shí)還獲得了形貌規(guī)則、表面光滑、純六方相且結(jié)晶度較高、長(zhǎng)徑比(3.25～21)的棒狀結(jié)構(gòu),綠(514～560nm)紅(635～680nm)光強(qiáng)度比例從0.44到2.

5、51可調(diào),實(shí)現(xiàn)了不同形貌同種材料的多色上轉(zhuǎn)換發(fā)射。
　　 3)多種形貌NaYF4:Yb,Er納米晶的可控合成及其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)
　　 在第二部分的基礎(chǔ)上,通過控制無水乙醇/水的比例和量,改變稀土離子濃度和反應(yīng)溫度,成功制備出形貌規(guī)則、純六方相且結(jié)晶度較高、表面雪花狀花紋明顯的納米片狀二維結(jié)構(gòu)。并探討了雪花狀納米片的生長(zhǎng)過程和可能機(jī)理。
　　 Ⅱ.稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面改性及其在生物成像中的應(yīng)用
　　

6、 1)表面配體環(huán)氧化法制備兩親性UCNPs及其在生物成像中的應(yīng)用
　　 利用間氯過氧化苯甲酸作為環(huán)氧化試劑,將表面含有碳碳雙鍵的油酸配體氧化為三元環(huán)氧化合物,然后在溫和條件下與含有活性官能團(tuán)的有機(jī)分子(如mPEG-OH)發(fā)生開環(huán)反應(yīng),在油酸分子上嫁接親水性分子,使得UCNPs具有兩親性。改性后mPEG-UCNPs的上轉(zhuǎn)換發(fā)光在不同的pH值條件下具有較好的穩(wěn)定性、而且具有較好的生物相容性,并成功用于細(xì)胞標(biāo)記上轉(zhuǎn)換發(fā)光成像。

7、　　 2)多模式發(fā)光的核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料用于腫瘤細(xì)胞的靶向成像
　　 我們將上轉(zhuǎn)換發(fā)光的稀土納米粒子和下轉(zhuǎn)換發(fā)光的有機(jī)染料整合于一個(gè)納米粒子中,制備成核殼結(jié)構(gòu)的多模式發(fā)光的納米復(fù)合粒子[UCNP@SiO2(FITC)-NH2],該納米粒子粒徑均一,具有很好的分散性和水溶性。由于二氧化硅層的包覆,成功的在表面修飾出氨基官能團(tuán),并進(jìn)一步與生物靶向分子葉酸偶聯(lián),共聚焦成像實(shí)驗(yàn)和流式細(xì)胞儀的測(cè)試結(jié)果表明其可以用于高表達(dá)葉酸受體的腫瘤