优化稀土上转换纳米材料发光的方法

稀土上转换纳米材料(Upconversion Nanoparticles,UCNPs)可将近红外光转换为可见光,其发光性能优异、化学性质稳定、激发光能有效避免自荧光,因此在生物医学领域应用广泛。但UCNPs的低发光效率限制了其进一步发展。本文综述了近年来研究较多的几种优化稀土上转换纳米材料发光的方法,主要包括调整基质材料和掺杂离子、过渡金属离子与镧系离子共掺杂、引入协同敏化剂减少热效应、有机染料与UCNPs协同作用以及金属表面等离子体共振增强法等。文中分别论述了上述方法的最新研究进展,并总结了这些方法目前存在的问题,指出上转换发光领域的研发重点:一是着重分析各种优化发光方法的作用机理,提出更加完备清晰的理论体系;二是探索更容易被生物体降解的UCNPs,使其副作用降到最低。     

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2.4 nm,惰性壳层厚度约为2.9 nm。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655 nm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655 nm处的发光恢复。在检测过程中,540 nm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。     

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。     

Y0.78Yb0.2Er0.02F3多孔纳米粒子的合成与上转换发光

以Y2O3,Yb2O3,Er2O3,NH4F等试剂为原料,采用水热法在180 ℃下保温10 h获得了NH4Y1.56Yb0.4Er0.04F7球形纳米粒子. 所获得的纳米粒子在氮气保护下400 ℃灼烧2 h,制备出Y0.78Yb0.2Er0.02F3纳米粒子. 利用Scherrer公式计算出NH4Y2F7:Yb3 ,Er3 和YF3:Yb3 ,Er3 的粒径分别为65.8和68.3 nm. TEM照片展示粒子近球形,其大小与Scherrer公式计算结果一致. TEM还揭示每个粒子上面应带有许多小孔. 氮气吸附脱附实验进一步证实了粒子上存在小孔. 在980 nm的红外激光激发下,NH4Y1.56Yb0.4Er0.04F7不发光,而Y0.78Yb0.2Er0.02F3发出明亮的绿光,表明所获得的Y0.78Yb0.2Er0.02F3具有强的上转换发光.     

稀土掺杂LaF3超小发光纳米晶的合成及癌细胞靶向上转换发光成像研究

采用溶剂热法合成了超小尺寸三氟化镧（LaF₃）纳米晶. 利用XRD、TEM等对其进行结构与形貌表征,结果显示制得的纳米颗粒为LaF₃纳米晶,且具有高度均一的尺寸分布和良好的结晶度,颗粒尺寸为6±0.4 nm. 通过共掺杂镱铒两种稀土元素,所得材料在近红外光激发下（980 nm）可发射出明亮的绿光;发光光谱显示,在524,544,655 nm等位置有较强的发射峰. 利用聚琥珀酰亚胺高分子（PSI）对油溶性的纳米颗粒表面进行功能化修饰,将其成功转移水相. 利用叶酸对其进行进一步生物标记,可与肝癌细胞表面叶酸受体特异性识别,成功地实现了肝癌细胞上转换绿色发光成像研究.     

NaYF_4:Yb~(3+),Er~(3+)上转换发光纳米晶在三元混合溶剂体系中的配体交换修饰及发光性质

选用2-胺乙基膦酸双官能团小分子作为配体交换剂,采用氯仿/乙醇/水三元混合溶剂体系下的配体交换修饰方法,解决了疏水纳米晶与亲水配体的有效接触反应问题,实现了上转换纳米晶的水溶性以及表面胺基功能化修饰.通过傅里叶变转换红外光谱和热重分析证实了表面配体分子的替换.透射电子显微镜和激光粒度分析结果显示,所得水溶性纳米晶具有粒径均一,水力直径小和分散稳定的特点.样品的发射光谱结果表明,配体交换过程对纳米晶的发光无明显影响,保持了良好的发光性能.通过荧光共聚焦成像技术实现了胺基修饰上转换发光纳米晶对HeLa细胞的光学成像,证实所得纳米晶适合于潜在的生物学应用.     

稀土上转换纳米发光材料研究进展

上转换纳米发光材料(UCNPs)是一种能在长波长光激发下发出短波长光的发光材料.在较多的研究中UCNPs在980 nm红外光激发下,能发出不同颜色的可见光,可以显著提高信噪比,所以UCNPs在三维立体显示、上转换激光器、红外探测、防伪识别、生物检测等诸多领域都具有广阔的应用前景.从稀土上转换纳米发光材料的基质和稀土离子及其光学性能方面概述了近几年稀土上转换纳米发光材料的研究进展.     

上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

以水热和高温煅烧相结合的方法制备了掺Er³⁺的TiO₂上转换发光层,并将其组装在染料敏化太阳能电池(DSSC)中。通过XRD﹑荧光光谱﹑UV-Vis和电池的光电性能测试,分析了上转换发光层的发光机理及其加入后对染料敏化太阳能电池性能的影响。结果表明,上转换发光层的引入有效地提高了DSSC的光电性能,在80 mW·cm^-2红外光照射下最高光电转换效率达到了0.14‰,比未加上转换发光层的DSSC提高了160%。     

稀土上转换发光材料标记抗体的制备及在免疫组化中的应用

采用微波辐射法合成了具有上转换发光特性的六方相纳米粒子NaGdF₄: Yb³⁺,Er³⁺(UCNPs), 其晶粒大小约为65 nm, 且粒子在980 nm的激发光下显示绿光(550 nm). 进一步在NaGdF₄: Yb³⁺,Er³⁺纳米晶的表面包覆了一层二氧化硅层, 进行氨基功能化后获得了表面共价结合氨基基团的粒径为70 nm的上转换发光纳米微球NaGdF₄: Yb³⁺,Er³⁺@SiO₂-NH₂(UCNPs@SiO₂-NH₂). 通过共价键将UCNPs@SiO₂-NH₂与多克隆抗体免疫球蛋白联接, 将标记后的多克隆抗体应用于传统的免疫组化检测子宫内膜腺细胞中基质金属蛋白酶组织抑制剂-4(TIMP-4)蛋白的表达. 结果表明, 微波合成的稀土上转换发光纳米材料形貌规则且粒径均一, 包覆硅壳后材料具有良好的分散性和水溶性, 荧光强度高且稳定, 在980 nm激发光下对生物组织无背景荧光, 可以很好地检测组织中蛋白质的表达.     

沉淀法合成纳米晶上转换发光材料Y_2O_2S:Yb,Er

采用沉淀法在不同温度下合成了纳米上转换发光材料Y2O2S∶Yb,Er,运用XRD、TEM和上转换发光光谱对其进行表征。结果表明,使用该法在700℃即能合成纳米上转换发光材料Y2O2S∶Yb,Er,随着合成温度的升高,产物的粒径从60到120nm逐渐增大。上转换发光光谱显示该材料主要有2个发射带,其中红光发射的中心波长位于668nm,绿光发射的中心波长位于525和550nm。此外,对材料的上转换发光过程进行了探讨。     

碳酸钙表面感光修饰及其在UV涂料中的应用

本文以丁二酸酐(SAA)、2-羟基-4-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮(D2959)和环氧油酸(EOA)为原料,合成了一种具有感光性的脂肪酸S-2-E,并用于碳酸钙的改性.然后以油酸(OA)改性碳酸钙为对比,通过吸油量测试、差动光照热分析仪(DPC)、动态力学分析(DMA)、扫描电镜(SEM)等测试手段讨论了S-2-E对碳酸钙的改性效果、相应改性碳酸钙S-2-E-CaCO3的光活性及S-2-E-CaCO₃对UV涂料的性能影响 .结果显示,S-2-E对碳酸钙的改性效果与OA相当 .碳酸钙经S-2-E改性后具有一定的光活性,能参与UV涂料的固化,固化膜的硬度、耐水性等性能有所改善.     

Bilayer-Coating Strategy for Hydrophobic Nanoparticles Providing Colloidal Stability,Functionality, and Surface Protection in Biological Media

The surface chemistry of nanoparticles is a key step on the pathway from particle design towards applications in biologically relevant environments. Here, a bilayer-based strategy for the surface modification of hydrophobic nanoparticles is introduced that leads to excellent colloidal stability in aqueous environments and good protection against disintegration, while permitting surface functionalization via simple carbodiimide chemistry. We have demonstrated the excellent potential of this strategy using upconversion nanoparticles (UCNPs), initially coated with oleate and therefore dispersible only in organic solvents. The hydrophobic oleate capping is maintained and a bilayer is formed upon addition of excess oleate. The bilayer approach renders protection towards luminescence loss by water quenching, while the incorporation of additional molecules containing amino functions yields colloidal stability and facilitates the introduction of functionality. The biological relevance of the approach was confirmed with the use of two model dyes, a photosensitizer and a nitric oxide (NO) probe that, when attached to the surface of the UCNPs, retained their functionality to produce singlet oxygen and detect intracellular NO, respectively. We present a simple and fast strategy to protect and functionalize inorganic nanoparticles in biological media, which is important for controlled surface engineering of nanosized materials for theranostic applications.     

表面增强拉曼光谱技术在食品安全检测中的应用

表面增强拉曼光谱是一种强有力的食品检验技术,当待测样品吸附于具有纳米量级粗糙度的金属结构表面时,样品分子的拉曼信号将得到极大的增强。该检测技术具有灵敏度高、响应迅速以及"指纹"识别等特点,在快速检测食品污染物等方面具有巨大的应用前景。该文介绍了表面增强拉曼光谱技术的发展历史、基本原理、基底分类以及联用技术,综述了该技术在重金属离子、兽药残留、农药残留、非法添加物、食源性致病微生物等方面的最新应用,最后提出了亟需解决的问题与未来的发展趋势(引用文献74篇)。     

纳米金光学探针的生物分析应用新进展

纳米金作为研究较早的一种纳米材料,在光分析检测尤其是用于生物分析方面日益受到人们的关注。本文结合本课题组在纳米金方面的研究,综述了近年来纳米金光学探针在生物分析方面的应用进展,并对其发展前景进行了展望。综述引用文献45篇。     

Activity Coefficients in the Surface Phase of Liquid Mixtures

A novel equation for evaluating surface activity coefficients is obtained from a recent thermodynamic formalism describing the surface phase of liquid mixtures. The input quantities are the surface tension, bulk activity coefficients and pure constituent thermophysical properties. It is demonstrated thermodynamically that the order of magnitude of each component surface and bulk activity coefficients must be the same. This order is intrinsically associated with the sign of excess surface tension. Reliable activity coefficients of ethanol and water in the surface phase of their mixtures are computed and reported for the first time, by using literature data for the required input quantities. It is shown that the so‐called transferring method for estimating surface activity coefficients is severely flawed, because it leads to contradictory values of predicted excess surface tensions depending on which component this prediction is based.     

Radiative Striations and Surface Roughness of Alkoxide-Derived Spin Coating Films

Spin coating silica films were prepared from acid-catalyzed tetraethoxysilane (TEOS) solutions, and the magnitude of radiative striations formed on the surface of the resulting films was quantitatively evaluated by measuring surface roughness using a contact probe profilometer. Wave-like transverse profiles were obtained on the films prepared. Surface roughness parameters, Ra (arithmetical mean deviation), Rz (ten point height of irregularities) and S (mean spacing of local peaks), were determined. When the gel films were heated at higher temperatures (500°C), the film thickness decreased up to 22%, while none of Ra, Rz or S varied with heat-treatment temperature, indicating that the surface of the films is already densified at room temperature. Higher substrate rotation speeds caused decrease in Ra, Rz and S, revealing that the striations decreased both in amplitude and wavelength. Application of viscous sols aged for longer periods of time resulted in increased amplitude (Rz) of striations without change in wavelength (S).     

石墨烯负载的空心银钯纳米粒子的制备及其在过氧化氢检测中的应用

制备了在石墨烯上修饰的AgPd合金纳米粒子,并将其应用于对过氧化氢(H2O2)的电化学检测。通过两步合成得到此纳米复合物:利用柠檬酸钠作为保护剂和还原剂,合成石墨烯负载的Ag纳米粒子(Ag/GO);在100℃下,通过Ag与Pd2+之间的置换反应得到石墨烯负载的具有空心结构的AgPd合金纳米粒子(AgPd/GO)。用紫外-可见光谱(UV-vis),电子显微镜(TEM)等对此纳米复合物的结构及其吸收光谱和形貌进行了表征。电化学循环伏安法(CV)和计时安培法(i-t)的研究结果表明,修饰在石墨烯上的空心AgPd合金纳米粒子对H2O2还原具有显著的催化活性,对H2O2检测的线性范围为0.01～1.4 mmol/L(R=0.990);检出限为1.4μmol/L。     

CaP/壳聚糖复合膜层的电化学共沉积研究

用电化学共沉积方法在医用钛合金表面成功制备了CaP/壳聚糖复合膜层,并用XRD,SEM,FTIR漫反射光谱和XPS等对复合膜层化学组成及结构进行表征.结果表明,加入壳聚糖可使钙磷沉积层结构发生显著变化,将壳聚糖掺入钙磷沉积层,形成CaP/壳聚糖复合物和杂化物.力学实验表明,在钛基底表面未进行表面预处理条件下,CaP/壳聚糖复合膜层与钛基底的结合力高达2.6MPa,比单一CaP电化学沉积层与基底的结合力提高约4倍.文中还对壳聚糖参与表面电沉积反应机理进行了讨论.     

疏水增透SiO2膜的制备及其性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DDS)为前驱体，在碱催化体系中通过选择合适的原料配比以及对体系溶胶 凝胶过程的控制使DDS和TEOS的水解产物发生共缩聚反应，进而制备出改性的SiO2溶胶，并采用旋转镀膜法(spin coating)直接获得了同时具有良好疏水和增透性能的SiO2光学膜，克服了增透膜防潮性能差的缺点.同时采用透射电子显微镜（TEM）、粒度分布（SDP）等手段研究了不同条件下溶胶的性质及其对膜层性能的影响，并与未经改性的SiO2增透膜进行了比较，结果表明改性后的膜层不仅疏水性大大增加，且在相同镀膜条件下，膜层的厚度随着老化时间的延长增加较小，故其透过率曲线在300～800 nm范围内不易出现多个增透峰.