热注射法合成用于生物成像的核壳上转换纳米晶

近几年来,稀土上转换发光纳米材料凭借其生物组织穿透深度大、无组织损伤、无背景荧光干扰和成像灵敏度高等诸多优点,在生物体荧光成像领域展现了巨大的潜在应用价值.本文采用"一次热注射"高温溶剂热法制备不同壳层厚度的NaYF_4:Yb, Tm@NaYF_4上转换发光材料.利用透射电子显微镜、粒径分析、荧光光谱等对产物进行表征,探讨壳层厚度对纳米粒子上转换发光强度的影响.结果表明,在980 nm近红外光照射下,上转换纳米材料能够发出紫外-可见光.而且,由于壳层包覆有效抑制了上转换发光的表面猝灭效应,核壳结构的NaYF_4:Yb, Tm@NaYF_4纳米粒子发光强度比NaYF_4:Yb, Tm提高了数十倍;当壳层厚度为22.7 nm时,上转换发光强度最强.此外,通过对上转换发光颗粒进行酸洗和聚乙二醇(PEG)修饰,提高了纳米材料的生物相容性,并成功将其应用于细胞的上转换荧光成像.     

荧光光谱成像在生物芯片蛋白量化分析中的应用研究

采用荧光光谱成像并结合椭圆偏振技术研究了３-氨基３-乙氧基硅烷(APTES)修饰及其与戊二醛(APTES-Glu)共同修饰的两种不同表面上固定的羊抗人抗体活性和数量及其荧光免疫结合。研究结果表明：应用荧光光谱成像在APTES-Glu表面上检测到的FITC标记人血清蛋白分子的数量为APTES表面结合的2.8倍,而应用椭圆偏振技术在前者表面上检测到的FITC标记人血清蛋白分子的数量为后者表面上的2.2倍。这个结果说明：在荧光免疫检测中,荧光光谱成像完全可用于分析不同表面固定蛋白的免疫活性和半定量的检测。     

硅包覆上转换纳米晶制备和表征及生物特异性标记研究

以NaYF₄为代表的上转换纳米晶作为细胞及组织标记的研究越来越热。但易团聚,水溶性、生物兼容性差,没有与生物偶联官能团等缺点限制了其应用,因而表面修饰显得尤为重要。作者通过水热和共沉淀相结合方法,制备了NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米晶,并对其包覆二氧化硅壳层。SEM表征硅包覆前后分别为25和250 nm的单分散粒子,说明硅已成功地包覆于纳米晶表面。980 nm激光照射下,样品的PBS胶体溶液呈可视上转换绿光。上转换荧光光谱和寿命均表明二氧化硅壳层对其发光性质影响很小。圆二色谱说明蛋白分子通过戊二醛与纳米晶偶联前后的二级结构基本不变。基于硅片上的抗原抗体荧光免疫识别试验进一步验证了偶联蛋白分子的特异性,表明该上转换纳米晶适合于生物标记。     

NaYF4:Yb3+,Er3+发光上转换纳米晶的表面修饰及其生物效应

不理想的发光上转换纳米晶(UCNPs)表面效应成为其生物标记的主要障碍。本文合成了表面带有氨基功能基团的水溶性NaYF4∶Yb3+,Er3+UCNPs,并通过共价偶联的方式将聚乙二醇(PEG)分子修饰到其表面。光谱测试表明纳米晶的发光性质基本没有变化,扫描电镜结果说明修饰的PEG分子在一定程度上减少了纳米晶的聚集。最后,细胞毒性实验证明这种修饰后的上转换纳米晶具有良好的生物相容性。     

有机-无机复合纳米材料的传感应用及机理

有机-无机杂化复合纳米材料可以在微观尺寸上将有机和无机组分相结合,使复合材料兼具两种组分的优点,实现所需的性能或功能,因此成为材料学的研究热点之一。本文以有机荧光染料罗丹明、三苯胺和金属配合物发光材料为母体,制备出一系列对汞离子、铜离子、铁离子等常见金属离子具有明显光谱响应的探针类材料并选取合适的支撑基质组装成有机-无机复合材料,实现了对金属离子和一些阴离子的目视比色传感。不同离子的加入及加入顺序都会对探针类材料的吸收及发光光谱造成明显的变化。以不同的金属离子或氧气作为输入值,以吸收强度/发光强度作为输出值,模拟了分子水平的逻辑门,拓展了这些材料的应用。为了解决背景荧光干扰,我们利用六角相的β-NaYF4纳米晶为激发源,采用二氧化硅进行包覆,然后将荧光探针分子固载到二氧化硅表面,得到了对金属离子具有传感性能的核壳型的上转换纳米复合材料。在近红外激发下能够显示明亮的上转换绿光发射,同时对金属离子具有较好的选择性、较高的灵敏度,并且其荧光强度表现出对汞离子浓度的线性响应。这种纳米复合材料的上转换光学性质、汞离子传感性能使它们在分析化学、生物化学等领域有潜在的应用价值。     

羧基修饰纳米SiO2荧光指印试剂的制备与应用

指印是一种重要的证据形式，它百年以来持续成为法庭科学领域的研究重点。在实践中，已经得到广泛推广的粉末法和熏显法对环境和工作人员的身体健康构成了重大威胁。近年来发展的纳米悬浮液显现指印的方法能够有效减少纳米粉尘在空气中的悬浮，降低对使用者健康和环境的侵害，并且规避了悬浮液制备过程中分散剂的使用以及有机染料溶液的处理等瓶颈。因此，关注纳米二氧化硅荧光指印显现试剂的制备与应用：首先，利用反相微乳液法制备了掺杂氯化三（2,2’-联吡啶）钌（Ⅱ）·六水化合物的荧光型纳米二氧化硅颗粒；随后，通过氨基硅烷偶联剂的氨基改性以及与丁二酸酐的氨解反应，使用两步法实现了表面羧基化阴离子修饰的荧光二氧化硅纳米材料的合成；此外，利用红外吸收光谱对纳米二氧化硅，以及目标产物的表面氨基、羧基等化学修饰基团进行表征，并测定了不同修饰产物在水相中的表面电性能以其水合半径；通过紫外可见光吸收光谱和分子荧光光谱仪对材料的荧光性能做了检测，测试了不同染料浓度产物的荧光强度；对新型纳米材料在指印显现中的应用条件进行了系统考察，通过正交试验设计法，全面探究了pH值、母液稀释倍数和显现时间等重要因素对于指印显现效果的综合影响，并最终确定了此种显现试剂的最佳显现条件；论文最后依据上述优化实验条件对捺印在玻璃非渗透性光滑客体表面的指印样品的显现效果进行了系统评价。实验结果表明：产物悬浮液与染料溶液的紫外可见吸收光谱之间并未发生明显的红移或蓝移，这意味着二氧化硅包覆对于荧光染料分子结构没有显著影响；根据染料浓度与产物荧光强度之间的变化关系可知，最佳染料掺杂浓度为15 mmol·L-1；纳米材料的表面氨基化和羧基化修饰已经成功，其最佳激发光源波长为375 nm；Zeta电位-DLS测试结果印证了氨基质子化带正电、羧基电离带负电的纳米材料电学性能，此外羧基化前后纳米二氧化硅颗粒负电荷密度的显著改变也为基于静电吸附作用的指印显现方法灵敏度的提升奠定了基础；使用悬浮液法对前述优化后的合成产物进行指印显现方面的应用，其最佳显现条件为溶液pH值为2.8、母液稀释倍数为2倍且显现时间5 min，其对非渗透性客体表面的新鲜指印及陈旧指印均具有良好的显现效果，部分情况下甚至可以实现三级指印特征的理想显现效果。     

基于稀土上转换纳米荧光探针的肿瘤标志物体外检测（英文）

肿瘤标志物的超敏特异性检测对肿瘤患者的早期诊断和治疗以及增加其存活率具有重要的意义。作为新一代的纳米荧光探针,稀土掺杂上转换纳米晶具有独特的近红外激发的反斯托克斯上转换发光以及长荧光寿命等特征,被认为是有机染料、稀土螯合物、量子点等传统荧光探针在肿瘤早期诊疗领域最有应用前景的替代者。本文从上转换纳米荧光探针最基础的物理化学性质如控制合成、表面修饰以及发光物理出发,系统综述了该类材料在肿瘤标志物上转换体外检测方面的最新进展,并对其未来的发展趋势与努力的方向作了进一步的远景展望。     

聚乙烯吡咯烷酮修饰的NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换 发光纳米粒子的制备及其生物兼容性

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,利用溶剂热法合成了NaYF₄∶20%Yb³⁺, 3%Er³⁺(摩尔分数)的上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜对粒子的形貌进行了表征,结果表明纳米颗粒的尺寸在30~40 nm,分布比较均匀。在980 nm红外光的激发下,样品能够发出肉眼可见的明亮的黄色上转换荧光。样品可以较好地分散在水溶液中形成透明澄清的溶液。利用MTT实验测量了不同给药浓度下NaYF₄纳米粒子是否对HeLa细胞具有生物毒性。结果表明:PVP修饰的NaYF₄∶Yb³⁺/Er³⁺上转换发光纳米粒子具有较好的生物兼容性,对HeLa细胞无生物毒性,在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。     

旋涂法和热蒸发制备紫外CCD用晕苯薄膜的性能对比

晕苯是一种用于真空紫外光致发光重要的下转换材料。本文研究旋涂法和热蒸发法制备紫外CCD用晕苯薄膜的工艺方法,并对所制备的两种薄膜的性能进行了表征和对比。测试结果表明：旋涂方式成膜工艺简单,材料利用率较高,并且保持了荧光材料本身固有的晶体结构,但是膜面粗糙度较大;热蒸发方式成膜后紫外吸收较强,荧光发射强度相对较高,成膜后膜面粗糙度较小;热蒸发工艺在加热过程中改变了晕苯的晶体结构并形成了新的结晶态;相比于旋涂法,热蒸发的整个制备工艺相对复杂,并且生产成本较高。此外,该对比性研究工作为实现不同要求(如荧光发射强度、表面粗糙度、生产成本等)的荧光下转换薄膜的制备提供了理论指导。     

稀土激活的荧光热增强材料研究进展

自从尺寸依赖的上转换荧光热增强现象在稀土激活的纳米荧光材料中被发现以来,开发具有显著荧光热增强效应的稀土荧光材料俨然成为了一个研究热点。近期的探索发现荧光热增强效应在非纳米尺度稀土荧光材料体系以及非上转换发光过程中均可实现,这进一步拓展了这一有趣光学现象的应用场景。本文总结和归纳了稀土激活荧光热增强材料的最新研究进展,概述了所提出的几类机理以及稀土荧光热增强材料的潜在应用场景,并展望了该类材料的研究发展方向。     

SiO2包覆上转换发光材料Na(Y0.57Yb0.39Er0.04)F4的研究

近年来上转换发光材料在荧光标记中由于其独特的优势引起人们极大的关注.但在某些应用过程中出现分散性不好和易于沉降的缺点,影响了它作为荧光探针的应用.为了改善这种状况,制备了一种由二氧化硅包覆的上转换发光材料.并用红外光谱、扫描电镜、透射电镜等手段对材料进行了表征.结果表明二氧化硅已经包覆到上转换材料上,并且在实验条件下制备的产物粒径较小,颗粒为均匀的球形,二氧化硅包覆层厚度大约为10nm.实验还对包覆条件进行了探索,得到最佳实验条件为:试验选用正丁醇作溶剂,体积为100mL;用氨水作分散剂;催化剂水和正硅酸乙酯的量的比应是1:1,反应时间为40min.     

Photochemical Characterization of Up-Converting Inorganic Lanthanide Phosphors as Potential Labels

We have characterized commercially available up-converting inorganic lanthanide phosphors for their rare earth composition and photoluminescence properties under infrared laser diode excitation. These up-converting phosphors, in contrast to proprietary materials reported earlier, are readily available to be utilized as particulate reporters in various ligand binding assays after grinding to submicron particle size. The laser power density required at 980 nm to generate anti-Stokes photoluminescence from these particulate reporters is significantly lower than required for two-photon excitation. The narrow photoluminescence emission bands at 520–550 nm and at 650–670 nm are at shorter wavelengths and thus totally discriminated from autofluorescence and scattered excitation light even without temporal resolution. Transparent solution of colloidal bead-milled up-converting phosphor nanoparticles provides intense green emission visible to the human eye under illumination by an infrared laser pointer. In this article, we show that the unique photoluminescence properties of the up-converting phosphors and the inexpensive measurement configuration, which is adequate for their sensitive detection, render the up-conversion an attractive alternative to the ultraviolet-excited time-resolved fluorescence of down-converting lanthanide compounds widely employed in biomedical research and diagnostics.     

上转换发光免疫试纸条扫描检测系统研究

研制了一种以上转换发光材料作为标记物的扫描检测系统,有别于传统的测量方法,可做出定量和多重分析.扫描检测系统以扫描方式逐点测量经生物反应而结合上去的UCP颗粒的含量,记录整个免疫试纸条的信息,计算出被测样品中特定生物分子的浓度.实验结果表明,该系统对兔抗鼠疫免疫球蛋白（IgG）标准样品的检测灵敏度达到百ng/mL量级,且具有变异系数小于6%的重复性,符合生物免疫测定的要求.     

A promising red-emitting phosphor for white-light-emitting diodes prepared by a modified solid-state reaction

Using urea, boric acid and polyethylene glycol (PEG) as auxiliary reagents, the novel red-emitting phosphors Ca₁₉Zn₂ (PO₄)₁₄:Eu³⁺ have been successfully synthesized by a modified solid-state reaction. Thermogravimetric (TG) analysis, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and photoluminescence (PL) spectra were used to characterize the resulting phosphors. The dependence of the photoluminescence properties of Ca₁₉Zn₂ (PO₄)₁₄:Eu³⁺ phosphors upon urea, boric acid and PEG concentration and the quadric-sintered temperature were investigated. Luminescent measurements showed that the phosphors can be efficiently excited by ultraviolet (UV) to visible region, emitting a red light with a peak wavelength of 616 nm. The material has potential application as a fluorescent material for ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs).     

Performance of Fluorescent Labels in Sedimentation Bead Arrays—A Comparison Study

An extensive study is described to identify the most suitable fluorescent label in magnetic microsphere sedimentation arrays. The investigated fluorescent labels, commonly used in multiplex analysis, include organic dyes, (fluorescein, Alexa488, Cy5) fluorescent proteins (R-Phycoerythrin, Allophycocyanine, PBXL-3) polymer nanoparticles (FluoSpheres, PD-Pt) and semiconductor nanocrystals (Quantum dots). DNA hybridization assays on magnetic microspheres were applied as model systems to reveal label performance. The fluorescent labels were characterized under optimized conditions regarding signal intensity, non-specific binding and photo-stability. The advantages and drawbacks of individual labels are discussed. The limit of detection and dynamic ranges are determined to compare the performance of selected labels. Detection limits of 2 × 10⁻¹⁰ mol/L are found for the determination of oligonucleotides using PBXl-3 as label, which is comparable with typical flow cytometer systems. The results and protocols are highly valuable for any type of bead based assays and can be easily transferred.     

Role of fluorescent lamp phosphors in accidental radiation monitoring

The present paper reports studies on the applicability of fluorescent lamp phosphors in accidental radiation dosimetry. Strontium orthophosphate, which is used as one of the components in the fluorescent lamps, has been studied for its thermo-luminescence (TL) characteristics on exposure to different doses of beta irradiation. The analysis of the TL glow curve of the phosphor, with a well-defined glow peak at 553 K, and other experiments carried out have proved the utility of strontium orthophosphate as dosimetric material in the range of 10–200 Gy. It has been observed that the material satisfies most of the fundamental criteria for a good TLD-material. A fluorescent lamp developed with this material as TLD grade lamp phosphor is thus expected to serve twin purposes of providing illumination and monitoring the radiation released during a nuclear accident.     

微光像增强器常用荧光粉性能研究

荧光粉是微光像增强器荧光屏的关键材料,可将电子图像转换为可见光学图像,其性能对像增强器的分辨力、发光光谱、调制传递函数、余辉等性能有重要影响。针对国内外目前像增强器的发展情况,就国内外像增强器荧光屏常用的P20（（Zn,Cd）S∶Ag）、P22（ZnS∶Cu,Al）、P31（ZnS∶Cu）、P43（Gd₂O₂S∶Tb）和P45（Y₂O₂S∶Tb）开展相应的性能对比研究,分别对这5种荧光粉的物相结构、光谱特性、发光效率及分辨力等性能进行了表征,分析了不同种类荧光粉的适用条件。结果表明:这5类常用荧光粉对于像增强器的不同性能提升各有贡献,其中分辨力较高的为P43荧光粉,发光效率较高的为P22荧光粉,而人眼观测舒适度最好的则为P45荧光粉。鉴于对微光像增强器高性能的要求,在选用微光像增强器用荧光粉时可选用综合性能较为优越的P22和P43荧光粉,也可根据像增强器的具体性能要求及实际使用需求选用合适的荧光粉种类。     

Effect of temperature on excited state life-times of rare earth doped zinc oxide phosphors

Doped zinc oxide phosphors were synthesized and excited by high-peak power pulsed UV laser at room temperature as well as at liquid nitrogen temperature. There is considerable decrease in the values of life-time at low temperature (77 K), whereas mixed trend is observed in life-time values with change in concentration of didymium, which indicates the perturbation effect in host material. The increased fluorescence quantum yield, emission efficiency and down-conversion phenomena of these selective radiative transitions, in doped phosphors, make them a very promising material for laser medium, vacuum fluorescent displays, fluorescent lamps, information storage and optoelectronic industry.     

Investigation of sensitized anti-stokes phosphors using sinusoidal modulation of the pump intensity

We describe a simple and relatively inexpensive method of investigating the processes by which incident IR radiation is converted to visible emission in anti-Stokes phosphors by multiphoton excitation. The procedure involves sinusoidal modulation of the intensity of the IR exciting radiation and analysis of the harmonic content of the visible output from the phosphor. A two-photon process, for example, results in some second harmonic modulation of the visible emission. The harmonic content depends on the relaxation times involved and on the nature of the conversion process. The experiments thus enable one to establish the order of the conversion process, to distinguish between possible mechanisms and to determine certain relaxation times. Representative results for the ytterbium-sensitized anti-Stokes phosphors Y₂O₂S-Ho-Yb and Y₂O₂S-Er-Yb are described.     

Er3+,Yb3+共掺杂SrTiO3超细粉末的可见上转换发光

钛酸锶(SrTiO₃)具有高介电常数、良好的绝缘性质、优良的物理化学稳定性和在可见光范围内的优异的透明度等优点,是一种重要的无机功能材料。近年来,Al³⁺,Ga³⁺等离子共掺杂的SrTiO₃:Pr³⁺做为一种优异的红色场发射显示(FED)荧光粉引起了人们的兴趣。另外,SrTiO₃具有相对较小的声子频率,因而它可以作为一种有利于上转换发光的基质材料。以NaCl为助熔剂制备了Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的SrTiO₃超细粉末。在980nm激发下,样品发出很强的来自于Er³⁺离子的²H_11/2→⁴I_15/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2(绿光)和⁴F_9/2→⁴I_15/2(红光)跃迁的上转换发光。Yb³⁺离子的共掺杂对Er³⁺离子的上转换发光起明显的增强作用。研究了上转换发光强度与稀土离子浓度以及激发光强度之间的依赖关系,表明在Er³⁺单掺杂和Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的样品中,绿光和红光都是被双光子激发过程激发的。还对上转换发光的机理做了初步分析。