稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的制備及其生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，稀土元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料作為一種新型的生物標(biāo)記物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用倍受人們關(guān)注。與傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記物(如有機(jī)熒光染料、量子點(diǎn)等)所不同，上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的激發(fā)光為紅外光，可以有效避免生物體自發(fā)熒光的干擾，從而提高檢測(cè)的靈敏度及信噪比。紅外光對(duì)生物組織具有良好的穿透能力，對(duì)生物樣品造成光損傷也較小。另外，上轉(zhuǎn)換納米材料還具有毒性低、穩(wěn)定性好、發(fā)光強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在生物標(biāo)記和生物檢測(cè)等領(lǐng)域有著非常好

2、的應(yīng)用潛力。因此發(fā)展這類(lèi)材料的可控合成新方法及其表面修飾技術(shù)，具有十分重要的理論研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文的研究?jī)?nèi)容包括兩部分，第一部分是運(yùn)用稀土元素三氟乙酸鹽熱分解的方法制備了多種形貌、不同粒徑、不同基質(zhì)的雙離子摻雜稀土上轉(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，建立了改性蛋白連接生物大分子修飾上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的方法，并用于細(xì)胞毒性試驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.六方相晶型結(jié)構(gòu)

3、的NaYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒的合成及表征。以稀土元素的三氟乙酸鹽為前驅(qū)體，利用熱分解法在油酸(OA)/油胺(OM)/十八烯(OME)的混合液相體系中合成了平均粒徑20nm左右，具有良好上轉(zhuǎn)換熒光性能的六方相NaYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒。并通過(guò)X射線衍射(XRD)，透射電子顯微鏡(TEM)，熒光光譜觀測(cè)等途徑考察了溫度、時(shí)間以及溶劑比例等反應(yīng)條件對(duì)納米顆粒的粒徑、形貌以及發(fā)光強(qiáng)度等性能的影響。得到合成NaYF4:Yb，E

4、r上轉(zhuǎn)換納米顆粒的優(yōu)化條件是:反應(yīng)溫度為310℃、反應(yīng)時(shí)間為1.5h、溶劑配比為OA:OM:OME=1:1:2。
　　2.四方相八面體晶型結(jié)構(gòu)的LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米粒子的合成及表征。以稀土元素的三氟乙酸鹽為前驅(qū)體，利用熱分解法在油酸/油胺/十八烯的混合液相體系中合成了粒徑均一、形貌規(guī)則、上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度高的LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒。利用熒光光譜儀對(duì)相同濃度下的NaYF4:Yb,Er和LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)

5、換納米顆粒的熒光性能進(jìn)行了研究。在波長(zhǎng)為980.0nm連續(xù)激發(fā)光的激發(fā)下，觀測(cè)到了源于2H11/2-4I15/2和4S3/2-4I15/2能級(jí)躍遷的綠色上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射、4F9/2-4I15/2能級(jí)躍遷的紅光發(fā)射和2H9/2-4I15/2能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的微弱紫光發(fā)射。通過(guò)分析Yb3+/Er3+共摻的LiYF4納米顆粒的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理以及基質(zhì)對(duì)上轉(zhuǎn)換熒光性能的影響，結(jié)果表明：LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒明顯地增加了Er3+離子作為激

6、發(fā)劑在550 nm處的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度，具有更好的熒光性能。
　　3. LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒的表面修飾及生物應(yīng)用。本文成功的制備了羧基化改性的牛血清白蛋白(DBSA)，并通過(guò)取代LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒表面包覆的油酸分子來(lái)進(jìn)行表面親水性修飾。將油溶性的上轉(zhuǎn)換納米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘募{米顆粒后，又進(jìn)一步和氨基化的聚乙二醇(mPEG-NH2)生物分子連接來(lái)擴(kuò)展其生物相容性。通過(guò)TEM、熒光光譜儀和傅立葉變換紅外

7、光譜儀(FTIR)的觀察和分析得出：LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒成功的修飾上羧基化的DBSA，并連接上mPEG-NH2生物分子。采用MTS細(xì)胞毒性試劑盒利用子宮頸癌細(xì)胞系Hela細(xì)胞來(lái)測(cè)試修飾后的LiYF4:Yb,Er上轉(zhuǎn)換納米顆粒的細(xì)胞毒性，通過(guò)酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀檢測(cè)記錄細(xì)胞在490nm波長(zhǎng)處的光吸收值，來(lái)反映活細(xì)胞數(shù)量進(jìn)而考察納米顆粒的細(xì)胞毒性，證明修飾后的納米顆粒在不同時(shí)長(zhǎng)的條件下都顯示出較低的細(xì)胞毒性。研究表明：經(jīng)過(guò)表面修飾