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。

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。

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。

稀土掺杂上转换纳米材料在农药残留检测中的应用

随着农药应用的日益广泛,农药残留对人群健康和环境污染带来的潜在危害日益凸显出来。由于农药残留具有残留量低,样品基底成分复杂等特点,因此,构建对农药残留进行灵敏、准确、稳定、简便、快速的微量甚至痕量检测方法已成为一个热点研究领域。稀土掺杂上转换纳米材料(REEs-UCNPs)作为一种非常重要的具备反斯托克斯发光的稀土发光材料,化学稳定性和光稳定性好,具有发射峰窄、毒性低、量子产率高等显著优势。近些年来,用REEs-UCNPs作为荧光探针在分析检测领域备受关注。重点综述了基于REEs-UCNPs的免疫分析法和荧光分析法对农药残留进行检测的研究进展。以期为后续建立和发展灵敏、简单、快速以及低成本的农药残留检测方法提供思路,从而为人类健康、农业生产以及生态文明建设保驾护航。

NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+)稀土掺杂上转换纳米材料的制备与条件优化

利用溶剂热法制备油相NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+),经“超声去油”后得到水相NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+),并对稀土离子掺杂比例、反应温度、反应时间和油酸体积分数进行条件优化,通过X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和分子荧光光谱仪(MFS)对其进行表征。结果表明,当稀土离子掺杂比例为NaYF_(4)∶25%Yb^(3+),0.3%Tm^(3+),反应时间为60 min,反应温度为300℃,油酸体积分数为20.6%时,合成的水相NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+)为六方晶型结构,六边形两平面间的平均粒径大小约为50 nm,形貌均匀、尺寸均一、分散性良好,980 nm近红外光激发下,在452和478 nm处荧光强度最大,且发出明亮的蓝色荧光。水相NaYF_(4)∶Yb^(3+),Tm^(3+)的成功制备为其后续在细胞成像、生物传感以及检测方面的应用奠定了基础。

非稀土离子掺杂对NaLuF4:Yb,Ho纳米粒子上转换发光的影响

采用溶剂热法合成了非稀土离子掺杂的NaLuF4:Yb,Ho纳米粒子(NaLuF4:Yb,Ho NPs),研究了掺杂离子的种类(Al3+、Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+)和掺杂浓度对纳米粒子发光强度的影响。实验结果表明,Al3+、Mg2+和Ca2+掺杂可增大合成纳米粒子的发光强度,合成产物的最大发光强度分别是未掺杂纳米粒子发光强度的3.9倍、3.8倍和3.3倍。掺杂Sr2+和Ba2+导致合成产物的发光强度降低。XRD实验结果表明,掺杂Al3+和Mg2+可诱导NaLuF4晶体从四方晶相到六方晶相的转变,晶相转变是发光强度增大的一个重要原因;掺杂Ba2+导致产物中出现非NaLuF4晶体,破坏了NaLuF4晶体的生成。TEM实验表明,掺杂Al3+合成的NaLuF4:Yb,Ho NPs的粒径明显变小,粒径为30-60 nm。

稀土离子掺杂Ba_(0.65)Zr_(0.35)F_(2.70)上转换纳米晶的制备与表征

采用水热法,以EDTA为络合剂制备了Ba0.65Zr0.35F2.70∶Er3+,Yb3+上转换纳米晶。采用XRD、TEM对样品进行物相、结构和形貌分析,确定了样品纳米晶的粒径尺寸,其粒径在20～40 nm之间。当Yb3+∶Er3+物质的量比为4∶1时,上转换发光强度最强。根据泵浦功率与发光强度的关系曲线确定了523 nm、546 nm、650 nm的发射峰均属于双光子过程。

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。

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。

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。

稀土掺杂的上转换纳米材料的生物毒性与其作用机制研究进展

稀土掺杂的上转换纳米材料(rare-earth-elements-doped upconversion nanoparticles,REEs-UCNPs)作为新兴一代的荧光纳米探针,具有独特而优异的反斯托克斯发光特点,与传统荧光材料相比,具有发光强度高、荧光寿命长、激发能量低、组织穿透能力强和生物相容性好等优点。近年来,REEs-UCNPs在生物医学、活体荧光成像、太阳能电池和卫生检测等领域应用日益广泛,其环境和人群暴露日益突出。随着纳米毒理学的深入研究,REEs-UCNPs的生物学毒性效应以及对环境和人类健康的影响逐渐被研究者关注,然而目前有关REEs-UCNPs的生物学毒性的报道较少。本文综述了近年来有关REEs-UCNPs在生物体内的吸收-分布-代谢-排泄、生物毒性、毒作用机制与影响因素等方面的研究进展,以期为REEs-UCNPs的进一步开发、应用和深入研究提供思路和参考依据。

稀土元素掺杂上转换纳米材料在卫生分析领域中的应用

稀土元素掺杂上转换纳米材料(REEs-UCNPs)作为新兴一代的荧光纳米探针,具备反斯托克斯发光的独特转换性质,具有光学/化学稳定性好、荧光寿命长、激发光生物组织穿透深度大,且对组织损伤小等显著优点,近年来在卫生分析领域的研究和应用获得了广泛的关注。本文重点综述了REEs-UCNPs对卫生样品中金属离子、有机小分子、激素、生物毒素、活性氧自由基和生物大分子等分析检测的最新研究成果及进展,展望了REEs-UCNPs进一步的研究开发及应用。

基于稀土上转换纳米粒子制作指示牌标识的研究

采用热解法制备NaYF_4∶Yb,Er纳米粒子,并通过TEM和XRD对纳米粒子的形貌和结构进行表征,结果表明制备的NaYF_4:Yb,Er是β相纳米粒子,形态均一,尺寸约24 nm。并对Er3+典型的绿色上转换荧光的产生机制和荧光光谱进行了研究。进一步搭建指示牌标识成像系统,基于制备的NaYF_4∶Yb,Er纳米粒子作为荧光标记材料,利用Er3+的2H11/2/4S3/2-4I15/2跃迁产生绿色上转换荧光对指示牌标识进行成像,得到了高对比度的荧光成像。

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。

科学家获得高浓度掺杂的上转换纳米粒子

近日，澳大利亚Macquarie大学的金大勇教授领导的先进细胞仪实验室与北京大学工学院生物医学工程系席鹏课题组联合攻关，发现了新的纳米光子学发光机制，并实现了高浓度掺杂的上转换纳米粒子（Upconversionnanocrystals）技术，从而展示了迄今最灵敏的纳米荧光材料。相关论文发表于自然出版集团的《自然一纳米技术》（NatureNanotechnology）。

掺杂镧的TiO_2纳米粒子的光致发光及其光催化性能

采用溶胶 凝胶法制备了纯的和掺杂La的TiO2纳米粒子,并利用XRD,TEM,XPS和荧光光谱(FS)等对样品进行表征,主要考察焙烧温度和La含量对TiO2纳米粒子的性质以及光催化降解苯酚活性的影响,并探讨了La的掺杂对TiO2相变的作用机制以及FS光谱与光催化活性的关系。结果表明,适量La掺杂能够提高TiO2纳米粒子FS光谱强度,这是因为La掺杂能够使表面氧空位和缺陷的浓度增加;600℃热处理的掺杂不同量La的TiO2样品的光催化活性顺序是:1%>1.5%>3%>0.5%>5%>0%,这与它们的FS光谱强度的顺序是一致的,即FS光谱强度越高,其光催化活性越高。这是因为在光致发光过程中,FS信号主要来源于表面氧空位和缺陷,而在光催化反应过程中,表面氧空位和缺陷能够有利于光生电子被捕获。

水溶性NaYF4∶Yb/Tm纳米粒子的制备及其上转换发光性质

利用溶剂热法合成了NaYF4：20%Yb,0.5%Tm上转换发光纳米粒子（UCNPs）,用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、发光光谱测量等手段对水溶性纳米颗粒进行了形貌和发光性质表征。结果表明,UCNPs是纯立方相的NaYF4,尺寸均匀分布在30nm左右。在980nm红外光的激发下,UCNPs能够发出肉眼可见的明亮的蓝紫色光。发射光谱中最强发射峰在479nm,来源于Tm^3＋离子的1↑G4→3↑H6发射,并且给出了UCNPs的上转换发光机制。利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为表面活性剂所制备的上转换发光纳米颗粒具有良好的水溶性,尺寸较小,在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。

氮气氛中高温退火对NaYF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子上转换发光的影响

以柠檬酸三钠为螯合剂,采用共沉淀和水热相结合的方法成功制备出尺寸为40 nm的NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米粒子。将得到的部分样品在300℃氮气保护下退火2 h。退火前后的样品晶体结构都属于立方相,尺寸保持在40 nm左右。在980 nm光激发下,退火后样品的上转换发光整体强度和绿光相对发射强度明显增强。分析认为高温退火改善了纳米粒子的结晶质量并降低了纳米粒子表面有机配体的浓度,改善了样品上转换发光性能。

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。

稀土氧化物纳米粒子调制聚合物分散液晶电光特性的研究

通过对聚合物分散液晶(PDLC)掺杂稀土氧化物纳米粒子Gd2O3,Eu2O3和Nd2O3,测试可见光范围内PDLC掺杂前后的透射率随驱动电压的变化,进而研究稀土氧化物对PDLC电光特性的调制作用。实验结果表明:掺杂Gd2O3的PDLC样品透射率在驱动电压低于10V时,随驱动电压升高而降低,当驱动电压达到为15V时,样品对光感应出现了弛豫现象,使得其透射率围绕10V时的透射率做微小的上下波动,当驱动电压达到20V时,样品透射率迅速升高,并出现了滤光现象;掺杂Eu2O3的PDLC样品透射率随驱动电压升高而下降,下降的幅度较小;掺杂Nd2O3的PDLC样品透射率随驱动电压的变化不明显。