稀土上转换发光纳米材料的研究进展

综述了水热合成、三氟乙酸稀土盐热分解和液相共沉淀法制备疏水稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)的最新进展;随后介绍了5种将疏水UCNPs转化成生物兼容的UCNPs的表面修饰方法;最后介绍了笔者课题组在UCNPs生物应用方面的研究进展,主要包括DNA纳米传感器、生物成像和生物系统发电。

稀土上转换发光纳米材料的制备及生物医学应用研究进展

荧光探针技术已经被广泛应用于生物成像、生物标记、生物检测、免疫分析等生物医学领域。传统荧光标记材料,如有机荧光染料、荧光蛋白和半导体量子点,目前面临诸多应用局限,如发光强度不稳定、检测灵敏度低、生物毒性高、自荧光强等。有鉴于此,人们开发了La系金属离子掺杂的稀土上转换发光纳米材料作为新型生物标记材料,该材料受近红外光激发后发出近红外或可见光范围内的高能量光子。这种带有特殊光学性质及良好生物相容性的荧光标记材料克服了传统荧光标记材料的缺点,从而成为材料科学与生物医学交叉领域的研究热点。综述了稀土纳米材料上转换功能的特殊物理机制及其制备和表面修饰方法的研究进展。在此基础上介绍了稀土上转换纳米材料在生物成像、检测、载药、即时诊断器件开发等生物医学工程中的应用。

具有协同表面配体的水溶性稀土上转换发光纳米材料用于活体淋巴结显像

通过水热法,以油酸和两亲性聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为协同表面配体,一步水热合成水溶性稀土上转换发光纳米材料(NaYF4:20%Yb 1%Tm)。稀土纳米粒径尺寸平均为16 nm,在水溶液中稳定单分散,具有较强上转换发光。具有较低的细胞毒性,可用于上转换发光细胞成像。并进一步用于活体淋巴结显像,表现出高的信噪比。

稀土上转换发光纳米材料在生化分析中的应用

上转换纳米材料是一类通过多光子机制将近红外光转换成短波辐射的稀土掺杂无机发光材料。本文介绍了上转换材料的发光机制、制备方法以及性能优点，重点概述了近年来稀土上转换发光纳米材料在生物标记、生物监测、生物成像以及疾病诊病与治疗等生化分析领域的应用。

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞效应的机理。本研究可以为调控钙钛矿太阳能电池迟滞提供一种有效的解决方案。

稀土掺杂上转换纳米材料在金属离子检测领域中的应用

重点综述了基于稀土掺杂上转换纳米材料(REEs-UCNPs)构建荧光共振能量转移(FRET)体系或发光共振能量转移(LRET)体系来实现对金属离子定量分析检测的研究进展,并对REEs-UCNPs在生物医学、卫生分析和环境检测等领域应用的未来发展趋势进行了展望。

稀土上转换发光纳米材料的应用

稀土上转换发光纳米材料(简称UCNPs)不仅光稳定性强、发射带窄、荧光寿命长、化学稳定性高、潜在生物毒性低,而且采用近红外连续激发光源激发还使其具有较大的光穿透深度、无光闪烁和光漂白、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点,已经成为当前很多领域乃至交叉科学的应用研究热点。由于氟化物基质的UCNPs具有较高的发光效率,本文首先归纳总结了近年来氟化物UCNPs的主要合成及表面改性方法,然后重点综述了近年来UCNPs在免疫分析及生物传感、生物成像、载药、光动力理疗及热致理疗、光导开关和信息存储以及太阳能电池等方面的研究与应用进展。

基于稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法探究

目的:基于荧光猝灭或增强机制,构建稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA直接对金属离子进行定量分析的方法,实现对金属离子快速、准确、灵敏检测。方法:通过溶剂热法制备出性能优良的稀土掺杂上转换纳米材料NaYF_(4):Yb,Er@TGA,并对其进行表征;通过测量14种常见的金属离子对NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度的影响,筛选能够引起NaYF_(4):Yb,Er@TGA荧光强度增强或下降,且与金属离子浓度呈线性关系的金属离子类型,进而建立检测新方法。结果:金属离子Mg^(2+)、Fe^(3+)分别在浓度范围为0~7.00μg/mL、0~6.00μg/mL与NaYF_(4):Yb,Er@TGA的荧光强度呈现良好的线性关系,其标准曲线方程的线性系数分别为0.9924、0.9982,检出限分别为1.79μg/mL、1.30μg/mL,加标回收率分别为95.5%~98.8%、92.5%~97.8%,方法相对标准偏差分别为4.05%、8.18%。结论:该方法检测限低、准确度较高、精密度较好,有望用于实际样品中Mg^(2+)、Fe^(3+)定量分析。

稀土氟化物Y_(0.97)Er_(0.03)F_3纳米材料的制备及上转换发光

通过燃烧法和控温热反应法制备了稀土氟化物纳米材料,利用XRD和TEM对样品进行了分析和表征。测量了发射波长为980nm激光二极管激发下所得纳米材料的上转换发光性质。

稀土离子掺杂的AgLa(WO4)2枝状纳米材料的合成与上转换发光性质(英文)

通过无模板的水热方法合成了AgLa(WO4)2树枝状纳米晶,没有表面活性剂等模板的介入,使反应变得简捷、绿色和经济.利用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对所得材料进行了表征,并根据实验结果提出了扩散限制生长(DLA)模型.AgLa(WO4)2树枝状纳米晶可以作为稀土离子掺杂的主体材料,这种掺杂稀土离子(Yb3+,Er3+,Tm3+)的纳米晶在980 nm激光激发下展示出丰富的上转换发光颜色.根据上转换光谱详细研究了AgLa(WO4)2∶Ln3+树枝状纳米晶在980 nm激光激发下的上转换发光性质和发光机理.

稀土掺杂上转换发光纳米材料在有机光伏器件中的应用进展

稀土掺杂上转换发光纳米材料(UCNPs)是一种在近红外光激发下发出可见光的纳米材料,将UCNPs掺入有机光伏电池中,可以扩大有机光伏电池对太阳光谱的响应范围,提高有机光伏电池的光电转换效率。综述了UCNPs在染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池中的应用进展,展望了该材料未来的研究方向。

稀土发光纳米材料在手印显现中的应用进展

自2000年起,研究人员陆续将一系列新型纳米材料应用到手印显现中,由此衍生了手印纳米显现技术。显现材料的推陈出新和显现方法的借鉴创新共同促进了手印纳米显现技术的迅速发展。近十年来,将稀土发光纳米材料应用于手印纳米显现技术的研究报道日益增多,已经逐渐成为该领域的研究热点之一。基于稀土发光纳米材料的手印显现技术具有对比度强、灵敏度高、选择性佳、毒害性低等突出优势,因此具备重要的理论研究价值和广阔的实践应用前景。目前,该研究领域的文献报道形式主要为研究类文章,鲜有涉及综述类文章。该文从显现材料的推陈出新和显现方法的借鉴创新两个方面综述了稀土发光纳米材料在手印显现中的研究进展。在显现材料的推陈出新方面,总结了基于稀土下转换发光纳米材料、稀土上转换发光纳米材料、复合型稀土发光纳米材料的手印显现应用;在显现方法的借鉴创新方面,总结了基于静电吸附原理、疏水作用原理、化学键合原理、适配体识别原理的手印显现方法。基于稀土发光纳米材料的手印显现研究呈现出如下发展趋势:显现材料由下转换发光材料向上转换发光材料发展,由单一发光材料向多重发光材料发展,由光致发光材料向功能复合材料发展;显现方法由非特异显现向靶向性显现发展,由痕迹物证的定性显现向遗留物质的定量检测发展,由物理显现向化学显现发展;显现效果由痕迹特征的宏观无损向生物物证的微观无损发展;显现操作由潜在毒害向绿色环保发展;显现评估由主观、片面、定性描述向客观、全面、定量分析发展。该综述对基于稀土发光纳米材料的手印显现技术提出了如下展望:首先是纳米材料的物理性质对手印显现效果的影响研究,其次是纳米材料的诸多性质对生物物证检验的影响研究,最后是显现原理的广泛借鉴与显现方法的深度开发研究。

稀土上转换发光纳米材料及生物传感研究进展

稀土掺杂的上转换纳米发光材料(UCNP)可以将低频光子转化为高频光子,通常是近红外光激发,可见光发射,这个独特的光学性质使其具有良好的生物学应用前景。近年来,UCNP已经在成像、传感等领域取得了重要进展,本文对近年来UCNP的合成、表面修饰以及在生物检测等方面的应用进行综述,涵盖了生物检测方面的重要进展,包括基于上转换荧光的温度、离子、小分子以及生物体内的重要蛋白与核酸等检测应用。

稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展

近年来,稀土掺杂上转换发光纳米材料(UCNPs)发展迅速,应用范围较广。在前期研究的基础上,调研其作为生物医用材料并应用于这一较新的、多学科交叉领域。重点论述UCNPs的结构设计、组分遴选、工艺优化与形貌调控,力求构列出其组成、结构、形貌与上转换发光效率间内在的规律性,以提高其上转换发光效率,进一步阐述其作为生物医用材料的应用特点,着重围绕UCNPs在生物监测、细胞与小动物活体内的生物成像,如肿瘤疾病的治疗等生物医用领域的最新研究成果展开重点论述。指出目前研究仍主要存在UCNPs制备方法较为单一、发光效率不佳等问题,生物成像也仅限于小鼠等小型动物。最后论述UCNPs应用于生物医用领域的最新发展动态。

氟离子浓度对稀土掺杂上转换发光纳米材料形貌及荧光寿命的影响

利用溶剂热法制备了Yb^(3+)、Er^(3+)共掺的Na YF4上转换发光纳米材料。实验结果表明,不同F-离子对纳米晶的晶型和粒径尺寸起着重要的作用。低F-离子浓度下,NaYF_4纳米材料的粒径尺寸随F-离子浓度的增加逐渐变小且趋于均一;高F-离子浓度下,六方晶相的形成受到抑制,上转换纳米晶出现团聚现象。在一定浓度范围内,F-离子的浓度有利于促进荧光发射。同时F-离子浓度对荧光寿命也有显著的影响。

稀土上转换发光材料的设计及在光动力治疗中的应用研究进展

作为一种新兴的无创治疗方法,光动力治疗在癌症治疗方面具有副作用小、累积毒性小、有效杀伤肿瘤以及精准的靶向治疗而不损伤邻近组织等优势,是理想的癌症治疗方法之一。本文首先简要概括了光动力治疗的机理、基本要素以及细胞作用机制,讨论了稀土上转化发光材料的设计特点以及光动力治疗对上转化发光材料的要求,进一步详述了上转换发光纳米材料、光敏剂以及靶向体的材料结合方式和应用效果,最后综述了光动力治疗和放疗、化疗及光热治疗相结合的协同治疗的进展。

稀土掺杂上转换发光纳米材料的研究进展

简要介绍了稀土掺杂上转换发光材料的研究进展。概述了稀土掺杂上转换发光纳米材料在制备和发光性能方面的改善性研究,以及在多色发光、白光材料、生物环境检测、光动力学治疗、太阳能电池、多功能纳米探针和医学成像等方面的最新成果。阐述了核壳型上转换纳米材料的最新研究动态。最后,展望了稀土掺杂上转换发光纳米材料的市场前景,总结性地评述了上转换纳米材料在研究和改性过程中依然存在的问题和不足。

共掺杂的二氧化锆纳米材料中Yb^(3+)和Tm^(3+)上转换发光

用共沉淀法制备了二氧化锆掺Yb3+ 和 0 2 (0 4 ,1)mol%Tm3+ 的纳米材料 ;用发射波长为 980nm的激光激发样品 ,测量了掺 0 2mol%Tm3+ 的纳米材料在不同退火温度下的上转换光谱 ;测量了在相同退火温度、不同泵浦电流下的上转换发射光谱 ;并研究了蓝色上转换发射的过程。

二氧化锆纳米材料中三价铒离子的上转换发光

用共沉淀法制备了铒离子掺杂的二氧化锆纳米材料,并对它的结构、颗粒的大小和声子能量进行了表征。用980nm激光二极管和F 4500荧光光谱仪仪测量了两种样品的上转换发射光谱,观察到强的绿色发射和弱的红色发射并对这种发射现象的原因进行了分析。

氧化物纳米材料Y_2O_3:(Yb^(3+),Er^(3+))上转换发光性质的研究

以Y2O3,Yb2O3,Er2O3为原料,利用燃烧法分别制备了Y2O3:Er3+和Y2O3:(Yb3+,Er3+)两种纳米材料和相应的体材料Y2O3:(Yb3+,Er3+)。用发射波长为978 nm的半导体激光器和日立F-4500荧光分析仪测量了它们的上转换发光,得到纳米材料Y2O3:Er3+的上转换发光主要为绿色上转换发射而纳米材料Y2O3:(Yb3+,Er3+)主要为红色上转换发射,而后者与激活离子掺杂浓度相同的体材料Y2O3:(Yb3+,Er3+)的上转换发射相比较,体材料以绿色上转换发射为主、红色上转换发射很弱。