基于稀土上转换纳米粒子传感器的构建及其在食品添加剂检测中的应用

稀土上转换纳米粒子(UCNPs)因其具有毒性小、化学稳定性好和背景荧光低等优点被用于构建荧光纳米传感器。通过溶剂热法制备核壳UCNPs,采用柠檬酸钠对其进行表面配体交换得到水溶性核壳UCNPs(Cit-CS-UCNPs),以Cit-CS-UCNPs作为荧光传感器的能量供体,二氧化锰(MnO_(2))纳米片作为荧光传感器的能量受体,采用荧光共振能量转移(FRET)机理,构建了一种用于食品添加剂二氧化氢(H_(2)O_(2))和叔丁基对苯二酚(TBHQ)检测的荧光纳米传感器(Cit-CS-UCNPs-MnO_(2))。通过扫描电镜(SEM)、荧光光谱和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对制备的纳米材料的形貌结构和性能进行表征。考察了猝灭剂浓度、孵育温度及孵育时间等实验条件对荧光传感体系检测性能的影响。荧光光谱和UV-Vis实验结果表明,Cit-CS-UCNPs最大发射峰位于654nm,Cit-CS-UCNPs与MnO_(2)结合后,核壳UCNPs发生荧光猝灭,当存在H_(2)O_(2)时,Cit-CS-UCNPs的荧光恢复,说明在此波段H_(2)O_(2)与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,MnO_(2)纳米片被还原成Mn^(2+),逐渐从Cit-CS-UCNPs的表面解离下来;存在TBHQ时,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)与TBHQ体系峰位与TBHQ偏移到253nm,为TBHQ与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,使得Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)体系中FRET效应减弱,荧光强度回升。SEM结果表明,MnO_(2)纳米片均匀包覆在Cit-CS-UCNPs的周围,在水中仍可保持良好的分散性,表明MnO_(2)纳米片修饰到Cit-CS-UCNPs表面。对猝灭剂高锰酸钾(KMnO4)的浓度进行了优化。结果表明,当KMnO4浓度为10mol·L^(-1)时,猝灭效率可达90%。对检测条件进行优化,结果表明H_(2)O_(2)的检测孵育时间为25min时,MnO_(2)和H_(2)O_(2)之间氧化还原反应基本完全,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)荧光恢复值最大;TBHQ的检测孵育时间为30min。在最佳实验条件下,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)的荧光强度变化比率与H_(2)O_(2)浓度(0~1000μmol·L^(-1))及TBHQ浓度(0~0.6 mmol·L^(-1))分别具有良好的线性关系。保持最佳实验条件,选取食品中存在的代表性金属离子(如K+、Na+、Ca^(2+)和Mg^(2+))和常见的食品添加剂苯甲酸(BA)、D-葡萄糖(Glu)、山梨酸钾(PS)、蔗糖(Suc)、纳他霉素(Nat)和肌醇(Ino)作为研究对象进行选择性测试,发现与H_(2)O_(2)相比,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对其他添加物质没有强烈的反应,传感器整体荧光信号波动不大,因此Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对H_(2)O_(2)和TBHQ可进行特异性检测。

掺杂上转换纳米粒子的温敏性发光水凝胶的制备及性能

采用水热法,以聚乙烯亚胺(PEI)为表面改性剂,合成了水分散性较好的上转换纳米粒子(UC@PEI NPs)。考察了溶剂组成、反应时间、PEI分子量与加入量对UC@PEI NPs发光强度的影响,并进行了表征。结果显示:V(H2O)∶V(EG)=1∶1,PEI(Mw=10000)加入量为1.2 g,并于200℃反应8 h为最优合成条件。随后在UC@PEI NPs、聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)存在下,丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺发生自由基聚合,制备复合水凝胶,采用SEM、拉伸试验机、发光光谱仪进行形貌、机械强度和发光温度响应性的表征。结果表明:该互穿网络结构复合水凝胶反复脱水溶胀后,材料保持完好,平均脱水率和溶胀率为81.18%和61.38%;应力作用下的应变量达到251.10%,机械强度为22.92 kPa;在980 nm近红外光激发下,当温度从20℃升至48℃时,540 nm处(Er3+,4S3/2→4I15/2)的发光强度减少42.64%,而当温度下降,发光强度可逆回升。说明该复合水凝胶具有可逆的上转换发光温度响应性,材料稳定性和拉伸性良好,并且有一定的机械强度。

有机配体对NaBiF4:Yb3+/Er3+上转换纳米粒子形貌和发光性能的调控研究

本工作采用一锅溶剂热法分别制备了不同有机配体修饰的NaBiF4:Yb3+/Er3+上转换纳米粒子(UCNPs),并对其形貌和发光性能进行了研究。实验表明,有机配体的软模板和导向作用可调控UCNPs的粒径和形貌,且有机配体的缺陷钝化作用会使其发光增强。其中,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)修饰的UCNPs的增强效果最为显著,强度大约增加了9倍。此外,本研究进一步考察了该UCNPs在不同的温度和pH条件下的发光强度的变化规律。结果表明,在30~90℃之间,其发光强度随着温度的升高而降低;在强酸和强碱环境中,其发光强度显著降低,而在pH为5~6时,其发光强度最大。

上转换纳米粒子结合DNA链式扩增技术在阿霉素光控释放中的应用

纳米技术的发展使得纳米材料可以通过不同的表面包覆和修饰而在生物医药中发挥应用。构建简单、经济、药物释放可控的生物相容性纳米药物仍是纳米生物化学领域的重点。我们构建的纳米载药体系(DDS)以Na YF4∶Yb/Tm上转换纳米粒子为载体,在其表面通过光致断键型小分子4,5-二甲氧基-2-硝基苯基乙酮(DMNPE)连接一段短单链DNA,利用DNA链式扩增技术(HCR)来调节纳米粒子最终修饰的双链DNA的总量,从而控制对抗癌药物阿霉素(Dox)的担载量,在980 nm激光照射下上转换纳米粒子发射可切断DMNPE连接的近紫外光,协同胞内DNA酶的作用达到对药物的可控释放。由于近红外光照对生物组织具有较好的穿透能力,此体系能够对病灶位置有更好的光靶向性从而减少药物的毒副作用。

多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展

多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势,但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光,因而成为一种重要的多光子探针。随着成像技术的进步,对上转换纳米粒子的研究正在从聚集体形式向单颗粒水平发展。单颗粒研究上转换发光不仅有利于排除环境因素的干扰,并且呈现出一系列与聚集体研究不尽一致的理论成果。由于单颗粒研究平台更加接近于探针生物成像的工作环境,因此在这一水平下对上转换纳米粒子进行材料优化与物理机制分析更贴近实际应用。本文从多光子发光机制与材料出发,重点围绕着单颗粒水平下上转换纳米粒子近年来的研究成果与应用进展进行了综述,最后对其未来的研究方向进行了展望。

上转换纳米粒子在细胞检测及肿瘤靶向治疗中的应用进展

上转换纳米粒子(UCNPs)具有发光谱窄、发光强度高、不产生自体荧光与光漂白、粒子本身无毒等优点。将UCNPs与特定抗体相结合形成的抗体-UCNPs轭合物具有靶向性,作为新一代荧光探针用于细胞的靶向检测。改变UCNPs的成分,可使UCNPs作为一种纳米载体,搭载特定化疗药物对肿瘤病灶进行靶向治疗;同时UCNPs还具有光热治疗和光动力治疗的性能,对肿瘤组织具有良好的协同治疗效果。

镧系元素掺杂的高效率上转换纳米粒子的合成（英文）

上转换纳米粒子在近红外光激发下发射紫外/可见/近红外光,也称为反斯托克斯发射。这一独特的光学性质排除了来自于生物材料的背景荧光和散射光,为光学生物应用,如生物成像、光动力学治疗、药物输送等开辟了新的途径。为了实现更好的应用性能,在许多情况下需要高效率的镧系元素上转换纳米颗粒。一般来说,上转换纳米粒子的质量往往与其合成方法有关。在这篇综述中,我们将主要阐述上转换纳米粒子的各种合成过程,总结了几种获得高发光效率的上转换纳米粒子的有效途径。

基于上转换纳米粒子的低损伤神经界面技术

光遗传技术能够实现对特定类型神经元的高时间分辨调控。过去几年,光遗传技术在神经环路的结构与功能研究中得到了广泛应用,并且在神经疾病治疗领域具有良好的应用前景。目前光遗传常用光敏蛋白的激发波长位于可见光波段。可见光的组织穿透性差,很难通过组织外照射来调控动物大脑深部的神经元电活动,因此极大地限制了光遗传技术的应用。上转换纳米粒子可以将组织穿透性好的近红外光转换成可见光激活光敏蛋白,从而可以实现可见光的远程、低损伤递送。近几年来,基于上转换纳米粒子的光遗传技术得到了迅速发展。本文将总结基于上转换纳米粒子的光遗传技术的研究现状及技术瓶颈,并且结合柔性神经电极技术的发展,对构建可以同时调控与检测活体大脑电活动的低损伤、双向神经界面进行了展望。

808nm上转换纳米粒子的制备及荧光性能的研究

本文设计并合成了一种用808nm激发的增强上转换纳米发光材料,首先将Ca^2+掺杂到Yb/Tm:NaGdF4中,实验表明可以制备出尺寸较均一的纳米粒子。然后通过两步溶剂热法涂覆NaYF4:Nd/Yb,"核-壳"设计可在壳层中高浓度掺杂Nd^3+(50 mmol%),从而显着增强了活化剂的上转换发射。最后在最外层包覆了惰性层NaGdF4形成"核-壳-壳"结构稀土上转换纳米颗粒(UCNPs),发光强度明显大幅度提高增强了20多倍。为了改变纳米粒子的溶解性从油性到水溶性在其表面包覆了SiO2,这为其生物应用提供一种很好的条件。

Mn2+掺杂BaGdF5:Yb/Er上转换纳米粒子的制备及其表征

本文通过一锅法制备出聚乙二醇(PEG)稳定的Mn2+掺杂的BaGdF5:Yb/Er纳米粒子(NPs)。傅里叶变换红外光谱证明PEG被成功修饰在Mn2+掺杂的BaGdF5:Yb/Er纳米粒子表面。透射电镜(TEM)结果说明:逐渐增加Mn2+掺杂的含量,纳米粒子的尺寸大约从20 nm转变到10 nm;X射线衍射(XRD)证明Mn2+掺杂的含量X%(X=0,10,20,30,40,50)变化,纳米粒子的晶体结构并无明显变化;荧光光谱证明;Mn2+掺杂可以提高纳米粒子的上转换荧光强度。

基于NaYF4：Yb，Er上转换纳米粒子钔硝酸纤维素的SEB毒素荧光免疫分析

首先，采用水热法合成了以NaYF4为基质，Yb3＋为敏化剂，Yb3＋和Er3＋共掺杂的NaYF4：Yb，Er上转换纳米粒子，并采用改良的St6ber法将其表面包覆二氧化硅层，然后用硅烷化试剂进行氨基化修饰，最后以戊二醛为交联剂，将其与抗体成功结合，合成了抗体生物功能化的上转换纳米粒子。实验过程分别采用TEM、FT—IR等方式对其粒径、形貌、表面配体等进行了表征。最后，将与抗体分子与上转换纳米粒子成功结合，并将其作为荧光探针，以硝酸纤维素膜为介质，采用双抗体夹心式荧光免疫方法对SEB毒素进行了检测，实验表明，该方法简单快速，灵敏度高，非常适合于生物分子的荧光免疫分析。

上转换纳米粒子NaYF_4:Yb,Er的免疫荧光淬灭法测定中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白

采用上转换纳米粒子(UCP)NaYF+4:Yb,Er和量子点(QDs)CdTe分别标记中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(NGAL)的两株抗体,标记抗体与NGAL通过免疫反应形成双抗夹心体,无须洗涤分离直接测定。结果表明:UCP在540nm处的荧光可有效淬灭。NGAL的质量浓度在40~750μg·L^(-1)内与UCP的光强比呈线性关系,检出限(3s/k)为23.3μg·L^(-1)。以空白样品为基体进行加标回收试验,所得回收率为94.6%~108%,测定值的相对标准偏差(n=6)为5.5%~9.1%。

稀土掺杂上转换纳米粒子的表面功能化修饰及其生物应用

稀土掺杂上转换纳米粒子(RED-UCNPs)作为一种新型高效的上转换发光纳米材料,具有反斯托克斯位移大,发射光谱窄、发光寿命长、材料毒性低等优点,已成为荧光标记、光动力学治疗、生物成像和构建生物传感器等领域的研究热点。然而,目前广泛使用的溶剂热法合成的RED-UCNPs生物相容性和亲水性差,而且不具备与生物分子之间相偶联的活性基团,因此对RED-UCNPs进行表面功能化修饰就显得格外重要。本文重点综述了RED-UCNPs的表面功能化修饰的类型及其应用现状,为RED-UCNPs的进一步研究开发和应用提供思路和参考依据。

核壳结构上转换发光纳米粒子的合成及用于细胞色素C的检测

本工作合成了三层核壳结构的上转换发光纳米粒子,其中第一层是惰性核,第二层为发光层,为了增强上转换发光强度,又在表面包覆了第三层惰性壳层。该材料粒径均一、分散性良好,其发光层厚度约为2.4nm,惰性壳层厚度约为2.9nm。在其表面修饰了细胞色素C的适配体链及互补链,在适配体的3’端修饰了BHQ3基团,能够猝灭上转换纳米粒子在655nm波长处的发光。当细胞色素C存在时,适配体与细胞色素C结合从而离开其表面,使655nm处的发光恢复。在检测过程中,540nm处的发光强度不会发生变化,可以用作细胞色素C的比率荧光检测。结果表明,当细胞色素C浓度在5~80μmol/L范围时,发光信号恢复程度与细胞色素C浓度呈线性相关,相关系数为0.998,检出限为1μmol/L。所建立方法可为细胞色素C的荧光检测提供一种新的技术思路。

上转换纳米粒子在食品分析中的应用研究进展

上转换纳米粒子由于其诸多优点已发展成为一类新兴的荧光生物探针和光学分析纳米材料。上转换纳米粒子因其具有毒性低、成本低、生物相容性好、化学稳定性好等优点,被广泛应用于各个领域。上转换纳米粒子具有独特的发光形式,它将低能辐射转化为高能辐射,和传统的染料和量子点等依靠下转换的发光材料相比,它可以通过近红外光激发,因此在生物医学及食品分析中有其不可比拟的优点。综述上转换纳米粒子的特性和制备方法,着重介绍近年来上转换纳米粒子在食品毒素、食源性致病菌、氨基酸、维生素和微量元素的快速高效检测中的研究进展,并对上转换发光纳米材料的应用前景进行分析和展望。

上转换纳米粒子-分子印迹复合荧光探针检测黄芩苷

构建了一种近红外激发上转换纳米粒子-分子印迹(UCNPs@MIPs)复合荧光探针,并应用于尿液中黄芩苷的检测。以黄芩苷作为模板分子,采用溶胶凝胶技术将SiO2包覆的上转换纳米粒子封装到分子印迹聚合物中。当模板分子被去除后,该复合材料留下特异性结合位点,与黄芩苷之间可产生静电引力相互作用。黄芩苷可使上转换纳米粒子发生荧光猝灭实现对其选择性荧光分析。最优条件下,黄芩苷的浓度在0.1~50μmol/L范围线性良好,检出限为0.03μmol/L,尿液样品的加标回收率为94.0%~100.5%,相对标准偏差为1.3%~3.9%。该方法可实现对黄芩苷的选择性检测。

复合上转换纳米材料的制备及其性能研究的综合实验设计

基于水热法制备高分散纳米粒子NaYF_(4)∶Yb,Er纳米粒子,在其外层包覆介孔二氧化硅(MSN),并进一步修饰了聚多巴胺(PDA)和透明质酸(HA),制备出复合纳米微球UCNPs@MSN@PDA-HA,通过透射电镜(TEM)观测其结构和形貌。通过红外分析仪(FITR)和荧光光谱仪检测其组成和发光性能。结果表明,复合纳米微球具有良好的分散性和介孔结构,通过修饰不同材料后,仍具有良好的上转换发光效果。

NaYF4:Yb/Er稀土上转换发光纳米粒子的可控合成

与传统的有机染料或者其它荧光纳米材料相比,稀土上转换材料具有稳定性好、毒性低、量子效率高、背景荧光干扰小、信噪比高等优点。开发出荧光效率高、粒径可控、生物相容性好的稀土上转换纳米材料引起了众多科研工作者的兴趣。

上转换发光纳米粒子表面修饰及应用研究进展

由于上转换发光纳米技术能够快速、准确、高效的检测食品中的危害因素,因此成为了食品安全检测技术研究的热点。上转换发光纳米粒子的合成与表面修饰是上转换发光纳米技术在食品安全检测中运用的关键。因此介绍上转换发光纳米粒子的合成方法和表面修饰,以及在食品安全检测中上转换发光纳米材料表面修饰的应用情况。

NaYF4∶Yb,Er@SiO2与Au纳米粒子荧光共振能量传递系统的构建与研究

采用SiO2对NaYF4∶Yb,Er油相上转换纳米晶进行包覆以实现其水溶性,通过在SiO2壳表面吸附Au纳米粒子,进一步构建了NaYF4∶Yb,Er@SiO2与Au纳米粒子能量传递的体系,该体系可实现对NaYF4∶Yb,Er上转换纳米粒子红绿光比的连续可调。该研究结果有助于实现上转换发光纳米材料在生物成像、检测和传感等方面的应用。