稀土上转换发光纳米材料的研究
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用一、本文概述随着科技的快速发展，稀土上转换发光纳米材料（Upconversion Luminescent Nanomaterials, UCNMs）因其在生物医学成像领域的独特优势，日益受到研究者们的关注。
本文旨在深入探讨稀土上转换发光纳米材料的制备方法，并系统阐述其在生物医学成像中的应用。
我们将从材料合成的角度出发，详细介绍不同制备方法的优缺点，以及如何通过优化制备过程来提高纳米材料的性能。
我们还将重点分析稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像中的实际应用，包括其在细胞标记、活体成像以及疾病诊断等方面的最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的发展现状和未来趋势。
二、稀土上转换发光纳米材料的制备稀土上转换发光纳米材料，作为一种独特的纳米发光材料，其独特的发光性质使其在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。
制备这种纳米材料的关键在于精确控制其组成、形貌和尺寸，以实现高效的上转换发光性能。
一般来说，稀土上转换发光纳米材料的制备主要包括以下几个步骤：选择合适的稀土离子作为发光中心，如Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等，这些离子具有丰富的能级结构和独特的发光特性。
选择合适的基质材料，如NaYF₄、NaLuF₄等，这些基质材料具有良好的化学稳定性和较高的声子能量，有利于实现高效的上转换发光。
在制备过程中，通常采用溶液法、热分解法、溶胶-凝胶法等化学方法来合成稀土上转换发光纳米材料。
其中，热分解法是一种常用的制备方法，它通过高温热解稀土离子的有机盐，得到高质量的纳米晶体。
为了进一步提高上转换发光性能，研究者还常常采用表面修饰、核壳结构等方法对纳米材料进行改性。
在制备过程中，还需要注意控制实验条件，如反应温度、反应时间、溶剂种类等，以实现对纳米材料形貌、尺寸和发光性能的有效调控。
稀土材料在纳米荧光材料中的应用与研究现状
稀土材料在纳米荧光材料中的应用与研究现状引言纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，具有优异的光学、电学、热学等性质。
纳米荧光材料作为一种重要的纳米材料，具有较强的荧光特性，可广泛应用于生物医学、能源、电子器件等领域。
而稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，被广泛用于纳米荧光材料的研究和应用中。
本文将对稀土材料在纳米荧光材料中的应用和研究现状进行综述。
稀土材料的特性稀土材料是指具有原子编号57至71的元素，也称为镧系元素。
稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，具有以下几个特点：1.显著的光学性质：由于稀土元素的内层电子结构，稀土材料可以发出强烈的荧光，具有较长的激发和发射寿命，适用于纳米荧光材料的制备。
2.宽波段光谱特性：稀土材料可以在可见光范围内发射多种颜色的荧光，可以根据需求调控其发射波长，实现多色发光应用。
3.高量子效率：稀土材料的荧光量子效率一般较高，可以提供较强的荧光信号，在生物标记和荧光探针方面具有广阔的应用前景。
稀土材料在纳米荧光材料中的制备方法稀土材料在纳米荧光材料中的应用主要通过合成纳米荧光材料的方法实现。
常见的制备方法包括溶剂热法、共沉淀法、气相沉积法等。
以下是几种常见的制备方法：1.溶剂热法：将稀土盐、有机溶剂和表面活性剂加热并搅拌反应，经过一系列的步骤，生成纳米荧光材料。
2.共沉淀法：将稀土盐和其他金属盐溶解在水中，调节pH值，添加沉淀剂，生成沉淀，经过煅烧后得到纳米荧光材料。
3.气相沉积法：将稀土金属有机化合物气体引入反应室中，经过一系列的化学反应，生成纳米荧光材料。
稀土材料在生物医学领域的应用稀土材料在生物医学领域的应用主要体现在生物标记、光动力疗法和生物成像等方面。
1.生物标记：通过将稀土材料与生物分子（如抗体、核酸等）结合，可以实现对生物分子在细胞和组织中的定位和追踪，用于疾病诊断和治疗。
2.光动力疗法：将稀土材料作为光敏剂，通过激活产生的荧光来产生活性氧，进而实现光动力疗法，广泛应用于肿瘤治疗等领域。
稀土上转换发光材料研究进展
科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 工 程 技 术稀土上转换发光材料是指材料吸收能量较低的光子时却能够发出较高能量的光子的材料,或者也可以说是受到某种光激发时,材料可以发射比激发光波长短的荧光材料。
由此可知,上转换发光的本质是一种反Stokes发光。
一般来说,稀土离子上转换发光所用介质是晶体或玻璃态物质,通过激发态吸收或者各种能量的传递过程,稀土离子被激发至高于泵浦光子能量的能级,向下跃迁而发射上转换荧光。
早在1959年,就已经出现了利用960nm 的红外光激发多晶ZnS,观察到了525nm绿色发光的报道。
但由于早期最好的上转换材料的发光效率还不超过1‰,并且由于发光二极管的发射峰与上转换材料的激发峰匹配的不是特别理想,因此并没有达到实用化的水平。
1962年,上转换发光现象又在硒化物中得到了进一步的证实,红外辐射转换成可见光的效率达到了相当高的水平。
1966年,Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时意外发现,当基质材料中掺入Y b3+离子时, Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。
在此后的十几年内,上转换材料就发展成为了一种把红外光转变为可见光的有效材料,并且达到了实用的水平。
例如,上转换材料与发红外光的Si-GaAs发光二极管(LED)配合,能够得到绿光,其效率可以与Ga P发光二极管媲美,这可以说是很大的突破。
它还可以用于各类半导体激光器的红外检测、红外发光二极管发射光跟踪、Y A G等大型激光器的校对等。
20世纪90年代初,利用上转换材料实现激光输出获得了令人振奋的成果:不仅在低温下(液氮温度),于光纤中实现了激光运转,而且在室温下,在氟化物晶体中也成功地获得了激光运转,光-光转换效率超过了1%,高达1.4%,从而使红外激发上转换材料在显示、光计算和信息处理等领域显示了广泛的实用前景。
稀土上转换发光纳米材料在肿瘤治疗与生物影像检测方面的应用
发展方向
1、新型药物设计和治疗策略的探索：进一步探索稀土上转换发光纳米材料 与药物、治疗策略的结合方式，提高肿瘤治疗的疗效和靶向性。同时，研究其光 热治疗、光动力治疗等新型治疗策略在肿瘤治疗中的应用。
2、生物影像技术的创新：进一步研究稀土上转换发光纳米材料在医学影像、 临床检验等领域的应用，提高诊断的准确性和灵敏度。同时，探索其与新型影像 技术的结合，如光学相干断层扫描、光声成像等，以提供更加精准的生物医学影 像信息。
生物影像检测
在生物影像检测方面，稀土上转换发光纳米材料具有优异的光学性能，可以 用于提高医学影像和临床检验的准确性和灵敏度。
医学影像
利用稀土上转换发光纳米材料的发光特性，可以开发出高灵敏度的生物医学 影像试剂。这些试剂可以在医学影像设备的帮助下，实现对肿瘤、血管等疾病部 位的精确识别和成像。同时，稀土上转换发光纳米材料还可以作为光热治疗剂， 通过影像引导实现对肿瘤的光热治疗。
应用场景
1、个性化精准医疗：利用稀土上转换发光纳米材料的特性，实现肿瘤的早 期诊断、精确分期和疗效评估，为患者提供个性化精准治疗方案。同时，根据生 物医学影像技术的发展，实现疾病的早期筛查、预防和监控。
2、基层医疗与普及：稀土上转换发光纳米材料在生物影像检测方面的应用 有望在基层医疗单位得到广泛应用。此外，将其与移动医疗技术结合，可以为更 多患者提供及时、便捷的诊断服务，推动医疗资源的公平分配。
3、多功能纳米平台的构建：将稀土上转换发光纳米材料与其他纳米技术、 生物分子等相结合，构建多功能纳米平台，实现肿瘤治疗的联合干预和生物医学 影像的多模态融合。例如，将稀土上转换发光纳米材料与磁性纳米颗粒、特异性 抗体等结合，实现肿瘤的磁热治疗、免疫治疗等。
4、体内外安全性评估与优化：进一步研究稀土上转换发光纳米材料在体内 的分布、代谢等过程及其对机体的影响，评估其安全性。同时，针对其可能存在 的风险进行优化和改进，降低潜在的副作用，为临床应用提供安全有效的候选材 料。
用于生物荧光标记的稀土上转换发光纳米颗粒的制备与性质研究
摘要生命科学的研究已经深入到细胞、生物单分子这样的层次，在活体状态下进行细胞、病毒以及生物分子的荧光检测和成像已经成为生命科学领域的研究热点。
近年来，随着纳米技术的不断发展与成熟，利用纳米发光材料制备生物荧光探针的研究成为信息科学、化学、材料科学和生物医学等多学科交叉领域的热点。
其中，稀土发光纳米材料因其独特的光学性质在生物信息领域展示了广阔的应用前景；以稀土发光材料为荧光标记物的研究正在成为生命科学研究领域的热点和前沿。
生物体内大量存在的内源性荧光物质在生物荧光标记和成像过程中会对荧光信号产生非常严重的干扰，从而降低探针信号的信噪比。
如何消除背景荧光的干扰是生物荧光检测技术中需要解决的重要问题之一。
目前广泛应用的有机染料和半导体量子点等荧光标记物的激发光源均为紫外光或蓝紫光，与生物样品中内源性荧光物质的激发波段相同，因此在生物荧光标记和成像过程中会产生大量的背景噪音。
而稀土掺杂的上转换发光纳米材料可以将低频光子转化为高频光子。
通过对材料中敏化剂离子和发光中心离子进行调控可以实现将位于生物组织的光透过窗口（800-1200 nm）的近红外光（波长一般为980 nm）转化为可见光或高频近红外光。
生物组织对这一波段的近红外光吸收非常弱，因此可以避免自发荧光的产生，从而获得较高的荧光信号信噪比。
稀土掺杂纳米上转换发光材料的这些独特光学性质使其可望成为一种极具发展前景的新型生物发光标记材料。
用于生物荧光标记的稀土上转换发光纳米颗粒的制备与性质研究受到了人们广泛的关注。
针对大多数生物实验都要求荧光标记探针具有亲水性、小尺寸（一般要小于50 nm）、较高的发光强度、较好的生物相容性等性质，我们制备了水溶性性稀土掺杂纳米上转换发光颗粒，并利用这种纳米颗粒作为发光探针开展了生物细胞的荧光检测与成像原理性实验。
具体实验工作如下：（1）利用溶剂热法制备了NaYF4:20 mol% Yb, 0.5 mol% Tm上转换纳米晶，实验中以PVP作为表面活性剂，乙二醇作为溶剂。
稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展
第38卷 第4期V o l .38 N o .4材 料 科 学 与 工 程 学 报J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g总第186期A u g .2020A r t i c l e I D :1673-2812(2020)04-0680-13稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展周国永1,梁旭阳1,赵 宇1,胡海良1,王环江1,郑锦霖1,李廷耀1,任 富1,李和平2,王志康3,罗迎春1,陶文亮1(1.贵州民族大学化学工程学院,贵州贵阳 550025;2.桂林理工大学化学与生物工程学院,广西桂林 541004;3.贵州民族大学生态环境工程学院,贵州贵阳 550025) ʌ摘 要ɔ 近年来,稀土掺杂上转换发光纳米材料(U C N P s)发展迅速,应用范围较广㊂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㊁多学科交叉领域㊂重点论述U C N P s 的结构设计㊁组分遴选㊁工艺优化与形貌调控,力求构列出其组成㊁结构㊁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U C N P s 在生物监测㊁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㊂指出目前研究仍主要存在U C N P s 制备方法较为单一㊁发光效率不佳等问题,生物成像也仅限于小鼠等小型动物㊂最后论述U C N P s 应用于生物医用领域的最新发展动态㊂ʌ关键词ɔ 稀土掺杂;纳米材料;上转换发光效率;生物成像;生物医用中图分类号:T Q 133.3;R 31808文献标识码:A D O I :10.14136/j.c n k i .i s s n 1673-2812.2020.04.030收稿日期:2017-07-31;修订日期:2018-08-08基金项目:贵州省科学技术基金资助项目(黔科合基础[2019]1156),贵州省研究生教育创新计划资助项目(黔教合Y J S C X J H [2019]056),贵州民族大学引进人才项目(0703001001018020),2017年地方高校国家级大学生创新创业训练计划资助项目(201710672016,201710672025),2018年度贵州省教育厅创新群体重大研究资助项目(黔教合K Y 字[2018]016)作者简介:周国永(1978-),男,副教授,博士,研究纳米载体材料与抗肿瘤药物传输,E -m a i l :g y z h o u @g z m u .e d u .c n ,g y z h o u @v i p.s i n a .c o m ㊂通讯作者:罗迎春,女,教授,硕士,研究功能材料,E -m a i l :1046984620@q q .c o m ㊂陶文亮,男,教授,博士,研究功能材料,E -m a i l :411522442@q q.c o m ㊂R e s e a r c hP r o g r e s s o fH i g hE f f i c i e n c y R a r eE a r t hD o pe d U p -c o n v e r s i o nP h o s ph o r sB i o m e d i c a lN a n o m a t e r i a l s Z H O UG u o y o n g 1,L I A N GX u y a n g 1,Z H A OY u 1,H U H a i l i a n g 1,W A N G H u a n j i a n g 1,Z H E N GJ i n l i n 1,L IT i n g y a o 1,R E NF u 1,L IH e p i n g 2,W A N GZ h i k a n g 3,L U OY i n g c h u n 1,T A O W e n l i a n g1(1.S c h o o l o fC h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,G u i z h o uM i n z uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025,C h i n a ;2.C o l l e g e o fC h e m i s t r y a n dB i o e n g i n e e r i n g ,G u i l i nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,G u i l i n541004,C h i n a ;3.C o l l e g e o fE c o l o g y a n dE n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ,G u i z h o uM i n z uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025,C h i n a )ʌA b s t r a c t ɔ I n r e c e n t y e a r s ,u p -c o n v e r s i o n p h o s p h o r s n a n o m a t e r i a l s (U C N P s )h a v e b e e n r a p i d l yd e v e l o p e d a n d a r ew i d e l y u s e d i nm a n y f i e l d s .C o m b i n i n g t h e s c i e n t i f i c r e s e a r c h r e s u l t s o f o u r g r o u p an d o t h e r s ,U C N P s ,a sak i n do fb i o m e d i c a l m a t e r i a l s ,a r ea p p l i e di n n e w e ra n di n t e r d i s c i p l i n a r y b i o m e d i c a ls c i e n c e .S t r u c t u r e d e s i g n ,c o m p o n e n ta r c h i t e c t u r e ,p r e p a r a t i o n p r o c e s s ,a n d m o r p h o l o g y c o n t r o la r ee m p h a t i c a l l yi n t r o d u c e dt o e x p o u n d t h e r e l a t i o n s h i p t h a t t h e y m a k e w i t h t h e i n h e r e n t r e g u l a r i t y o f u p-c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c e e f f i c i e n c y .T oe n h a n c eu p -c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c y ,t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n da p pl i c a t i o n o f b i o m e d i c a l m a t e r i a l sa r ed i s c u s s e d ,e s p e c i a l l y b i o m o n i t o r i n g ,b i o i m a g i n g i nv i v o (s m a l la n i m a l s )&i n v i t r o ,t r e a t m e n t o fd i s e a s e ss u c ha sc a n c e r ,a n dr e c e n td e v e l o pm e n t s i nt h i s f i e l d .A t p r e s e n t ,t h er e s e a r c h r e s u l t s a r es i g n i f i c a n t ,b u tt h e r ea r es t i l ls o m e p r o b l e m s ,i n c l u d i n g s i n g l e p r e p a r a t i o n m e t h o da n d m a i n l yt h e r m a l d e c o m p o s i t i o n .T h e l u m i n o u s e f f i c i e n c y o fU C N P s s t i l l h a s r o o mf o r i m p r o v e m e n t ,a n db i o i m a g i n g isl i m i t e d t o s m a l l a n i m a l s e.g.m i c e.I n t h e e n d,f r o ml u m i n e s c e n c e i m a g i n g t om u l t i-f u n c t i o n,t h ed e v e l o p m e n t t r e n do fU C N P s i nt h e f i e l do fb i o m e d i c a l s c i e n c e,i sc h a r t e d.U C N P sh a v eb r o a d,g l o r i o u s,a n dc h a l l e n g i n g p r o s p e c t s i n f u t u r e.ʌK e y w o r d sɔR a r e-e a r t h d o p e d;N a n o m a t e r i a l s;U p-c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c e e f f i c i e n c y;B i o i m a g i n g;B i o m e d i c a l s c i e n c e1前言稀土作为重要的资源[1,2],其光学性质特殊[3-6],具有发射谱带较窄[7,8],发光寿命较长(μs-m s)[9]等优点[10-13],而稀土掺杂上转换发光是通过双/多光子机制,光子由较低能量转换为较高能量[14-18],从机理类型来看,有激发态吸收㊁能量共振传递与光子雪崩等,如图1所示㊂同时稀土掺杂的上转换发光纳米材料(u p-c o n v e r s i o nn a n o p a r t i c l e s,U C N P s)也延续了稀土的特性,具有多重发射谱带,较大的斯托克斯位移[19],较长的寿命;此外,还具有发射波长可调性㊁光稳定性与细胞毒性低等特点,其应用范围较广[20]㊂近些年来,U C N P s制备工艺获得较大进展[21-23],并开始应用于生物医用领域[24],且称之谓稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料,在检测[25,26]方面,具有灵敏度高和特异性强等特点[27];另一方面,可将U C N P s发光的波长调节至生物光学窗口,充分发挥其穿透性强㊁散射性弱等特点,与普通下转换材料相比,在生物应用方面优势显著㊂比如使用红外激发,穿透性更好,毒性更低,半峰宽更窄等[28],与传统的荧光材料相比[29],背景荧光干扰性低[30-32],可有效地避免光漂白,几乎可实现无损检测[33]㊂此外,U C N P s表面一般为亲水性,可在水相/P B S等强极性介质中分散[34],其生物相容性与安全性好[35],粒径又较适宜[36,37],靶向特异性显著㊁细胞毒性很低[38,39],具有在细胞层面甚至小动物水准的生物医学显像的潜力[20,40],因此在检测㊁显像及生物医用等领域都具有较广泛的应用潜力[23,41]㊂2U C N P s的组成与结构U C N P s的组成㊁结构与光学特点[43]之间具有直接的密切关系㊂从结构与组成上来讲,这种材料一般由基质材料㊁激活剂(发光中心)及敏化剂组成㊂U C N P s发光效率是首要考虑的重要性能指标[44]㊂常见的U C N P s基质材料主要有氧化物㊁氯化物及氟化物等[45],其结构多为核/壳结构[46]㊂2.1基质材料适宜的基质材料是实现高效率U C N P s的基础条图1不同类型机理的上转换过程示意图:激发态吸收(a),能量共振传递(b),光子雪崩(c),重印许可[42]㊂F i g.1S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n s o f v a r i o u s u p c o n v e r s i o n p r o c e s s e s:a e x c i t e d s t a t e a b s o r p t i o n(E S A);be n e r g y t r a n s f e r u p c o n v e r s i o n(E T U);c p h o t o na v a l a n c h e(P A).R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[42].件[47]㊂基质材料本身并不能实现上转换发光,需要掺杂稀土元素等具备上转换发光特性的发光离子,才可实现材料的上转换发光性能㊂研究结果显示,化学性质相似和离子半径相近是掺杂基质材料并实现上转换发光的首要条件[48]㊂有些无机化合物,如卤化物㊁氧化物及硫化物等,都可作为稀土离子掺杂的基质材料㊂此外,还有碱土金属离子(C a2+,S r2+,B a2+)㊁碱金属离子(L i+,N a+, K+)和部分过渡金属离子(Z r4+,T i4+,Z n2+)也在可选择范围之内㊂2.2激活剂(发光中心)通常情况下,激活剂要求离子的能级间隙相对较大并且呈阶梯状分布,作为发光中心,激发的电子回到基态(或与空穴复合)时发射出光子㊂理论上,满足此类要求的镧系离子的种类很多,然而,实际上作为激活剂的离子却很少,大量的研究结果显示,仅集中于若干少数的离子,如E r3+,T m3+,H o3+等[3,49-54],其他类型的离子占比较小[25,55]㊂以E r3+为例,能级跃迁4I11/2ң4I15/2(~10350c m-1),4F7/2ң4F11/2(~ 10370c m-1)所需要的能量与激发光波长为980n m 的能量匹配,故E r3+仅在激发光波长为980n m作用下,上述能级之间才有望发生高效的上转换跃迁㊂2.3敏化剂在单掺激活剂的U C N P s中,相邻两个激活剂离㊃186㊃第38卷第4期周国永,等.稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展子间的距离和单个离子对激发光的吸收截面都会影响其上转换发光强度㊂如果激活剂离子的掺杂浓度太高,则会导致交叉驰豫几率增大[56],反而使上转换发光猝灭㊂为解决此类问题,进而提高上转换发光效率,研究人员通过引入敏化剂离子,将其与激活剂离子以一定的浓度比例共同掺杂到基质材料中㊂敏化剂离子对激发光具有很大的吸收截面,并且可与激活剂离子之间发生高效的能量传递,从而实现较高的上转换效率[57]㊂最典型的稀土敏化剂Y b3+,虽然其能级分布简单(只有一个4f激发态能级2I7/2)2F7/2ң2F5/2,却在980n m处有很大的吸收截面㊂E r3+㊁T m3+与H o3+f-f 在发生共振时,可有效地传递能量[58]㊂类似地,敏化剂离子的掺杂浓度也会影响上转换发光效率㊂研究结果表明:敏化剂Y b3+在E r3+,T m3+与H o3+体系中最佳的掺杂浓度在18%~20%之间[59],较易实现二者联合掺杂的匹配性[60]㊂2.4材料结构U C N P s采用核/壳结构已逐渐成为主流趋势,如图2所示,通过构建核/壳结构[61-63](壳有活性的与非活性的),U C N P s以荧光共振转移能量,中间态寿命短的稀土离子作为激活离子,可实现上转换发光波长调控,而且核/壳结构可在不同的区域(核/壳)内进行掺图2(A)不同类型核/壳结构的U C N P s提高上转换效率[61]:(a)镧系掺杂的核/壳结构;(b)无固定形状的壳结构;(c)惰性结晶包覆;(d)敏化剂或激活剂活性的壳;(B)在核/壳结构的U C N P s中,通过能量转移方式,调节能量迁移:(a)镧系掺杂核/壳结构的N a G d F4@N a G d F4,X为激活粒子;(b)核/壳结构能量迁移机理;(c)高分辨S T E M说明组成N a G d F4ʒY b/T m(49/1%)核与N aG d F4ʒT b(15%)壳;(d)黄色方框区域为所选择放大的视野,L n与N a元素;(e)数字过程实施投影对称性,以提高信/噪比;(f)以S T E M研究N a G d F4ʒY b/T m(49/1%)@N a G d F4ʒT b(15%)传导电子能量损失,表明壳浓度的较高的G d较适宜设计核/壳结构;(g)如前所述,通过不同的激活剂制备10μm核壳结构载体N a G d F4@N a G d F4(激活剂用不同颜色标识);(h)核/壳结构的N a G d F4@N a G d F4掺杂不同的激活剂(激活剂光谱以颜色标出)N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4(蓝色),N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒT b(绿色),N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒE u(红色),与三种混合颜色N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒT b与N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒE u(黄色)的荧光.重印许可[62].F i g.2(A)S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n s o f d i f f e r e n t t y p e s o f c o r e-s h e l l s t r u c t u r e f o r e n h a n c e du p-c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c e.(a)L a n t h a n i d e-d o p e dc o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e.(b)A m o r p h o u s s h e l l c o a t i n g.(c)I n e r t c r y s t a l l i n e s h e l l c o a t i n g.(d)A c t i v e-s h e l lde s i g nw i t h s e n s i t i z e r s o r a c t i v a t o r sd o pe d i n t h e s h e l l l a y e r.R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o nf r o m[61].(B)T u n i ng u p-c o n v e r s i o n th r o u g he n e r g y mi g r a t i o n i n c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e s.(a)S c h e m a t i c d e s i g no f l a n t h a n i d e-d o p e dN a G d F4@N a G d F4c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e f o rE MU(X:a c t i v a t o r i o n).(b)P r o p o s e d e n e r g y t r a n s f e r m e c h a n i s m s i n t h e c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e.N o t e t h a t o n l yp a r t i a l e n e r g y l e v e l s o fT m3C a n dG d3C a r e s h o w n f o r c l a r i t y.(c)H i g h-r e s o l u t i o n S T E Mi m a g e t a k e na t[001]i n c i d e n c e o f n a n o p a r t i c l e c o m p r i s i n g aN a G d F4ʒY b/T m(49/1%)c o r e a n d aN a G d F4ʒT b(15%)s h e l l,r e v e a l i n g t h e s i n g l e-c r y s t a l l i n e n a t u r e o f t h e c r y s t a l.(d)A ne n l a r g e dv i e wo f t h e s e l e c t e d a r e a i nc,i n d i c a t e db y a y e l l o wb o x,s h o w i n g l a n t h a n i d e(L n)a n dN a.(e)D i g i t a l l yp r o c e s s e dS T E Mi m a g e b y i m p o s i n gp r o j e c t i o ns y mm e t r y t o e n h a n c e t h e s i g n a l-t o-n o i s e r a t i o. (f)E E L S l i n e s c a n c o n d u c t e dw i t h t h eS T E Mi m a g e(i n s e t)o naN a G d F4ʒY b/T m(49/1%)@N a G d F4ʒT b(15%)n a n o p a r t i c l e,i n d i c a t i n g a h i g h e rG d c o n c e n t r a t i o n i n t h e p e r i p h e r a l r e g i o no f t h e c r y s t a l t h a t i s c o n s i s t e n tw i t h t h e d e s i g n e d c o r e-s h e l l s t r u c t u r e.(g)E m i s s i o n s p e c t r a o f t h e a s-p r e p a r e dN a G d F4@N a G d F4c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e s d o p e dw i t hd i f f e r e n t a c t i v a t o r s(a c t i v a t o r e m i s s i o n s a r eh i g h l i g h t e dw i t h c o l o r).(h)L u m i n e s c e n c em i c r o g r a p ho f p o l y s t y r e n e b e a d s t a g g e dw i t hc o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e s c o m p r i s i n g o fN a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4(b l u e),N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒT b(g r e e n),N a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒE u(r e d),a n d ab i n a r y m i x t u r e o fN a G d F4ʒY b/T m@ N a G d F4ʒT ba n dN a G d F4ʒY b/T m@N a G d F4ʒE u(y e l l o w),r e s p e c t i v e l y.R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[62].㊃286㊃材料科学与工程学报2020年8月杂,以提高掺杂的有效性,减少淬灭,调控上转换发光性能(发射光波长与强度)[64]㊂其实,核/壳结构是通过化学键或其它相互作用将另一种纳米材料包覆,形成纳米尺度的有序组装结构[65]㊂U C N P s所具备的核/壳型结构可显著减少晶体缺陷㊁保护发光中心离子,减少非辐射能量损失及有害的交叉弛豫㊁有效地提高亚晶格介导的能量迁移效率,提升上转换发光效率与发光强度[66]㊂严纯华课题组已实现U C N P s(N a Y F4ʒY b,-E r/ T m)结构可控性,由立方向六方形结构转变,研究发现:同样情况下,六方形结构的U C N P s发光效率较高[67]㊂J o h nA.C a p o b i a n c o课题组通过热分解方法研究了E r3+,Y b3+与T m3+,Y b3+N a Y F4立方体结构材料并实现发出绿㊁红与蓝三色荧光[68,69]㊂B r u c eE.C o h e n课题组合成粒径小于10n m的Y b3+与E r3+掺杂的β-N a Y F4材料[70],并以热分解制备粒径小于10 n m的β-N a R E F4(R E=L a,C e,P r,N d)材料[71]㊂以连续逐层的方法,制备较强发光效率的U C N P s[80],可提高激活剂在核/壳层掺杂的有效浓度,有利于能量传递,有效提高上转换效率,进而大幅提高发光性能[55,81,82]㊂此外,还有采用三重态-三重态与För s t e r能量共振转移策略等㊂3U C N P s制备及其光学性质调控3.1U C N P s制备方法制备U C N P s的方法中最为典型的㊁主流的是热分解反应法[68,78,82-84],以三氟乙酸稀土盐和高沸点的有机溶剂(部分溶剂可表面修饰U C N P s)为反应体系,在高纯的惰性气体保护下(250~340ħ),三氟乙酸稀土盐热分解生成稀土氟化物纳米材料㊂严纯华课题组研究认为[85],在不同的有机溶剂体系中,U C N P s的相结构直接由稀土离子的成核自由能决定㊂油酸/1-十八烯热解体系的成核自由能高于油酸/油胺/1-十八烯热解体系,因为油胺的存在会导致所有稀土离子的成核自由能降低,α-N a Y F4(立方型)与β-N a Y F4(六方型)可同时生成,但是在高温反应条件下,更易生成β-N a Y F4,精确控制条件,可实现U C N P s形貌的精准调控,如图3所示㊂此外,还有水/溶剂热的制备法[86-89],并已引起人们的重视㊂在高温高压条件下,以水/有机溶剂为介质合成U C N P s,加入稀土盐溶液,形成微乳体系,然后加入N a F,调节所加入原料的比例与控制反应条件,可制备出一系列粒径与形貌可控的U C N P s[90]㊂此外,还有溶胶-凝胶制备法[91-92],以柠檬酸㊁N a F㊁N H4O H图3(1)不同工艺获得的典型的氟化物U C P s的电子显微形貌图, (a-c)热分解法,α-N a Y b F4ʒT m,α-N a G d F4ʒY b/E r,和β-N a Y F4ʒY b/E r;(d)通过液固溶策略;(e-g)C a F2ʒY b/E r,K Y b2F7ʒE r,与β-N a G d F4ʒY b/T m,分别采用油酸的路线[72-79]㊂(2)U C N P s (β-N a Y F4)的T E M形貌照片,(A,D,G,J)N a Y F4ʒY b/E r(20/2m o l%) U C N P s;(B,E,H,K)N a Y F4ʒY b/T m(22/0.2m o l%)U C N P s; (F,I)N a Y F4ʒY b/H o(20/2m o l%)U C N P s;(C,L)N a Y F4ʒY b/C e/H o(20/11/2m o l%)U C N P s.重印许可[82]F i g.3(1)E l e c t r o nm i c r o g r a p h s o f t y p i c a l f l u o r i d eU Cn a n o p a r t i c l e s.(a-c)α-N a Y b F4ʒT m,α-N a G d F4ʒY b/E r,a n dβ-N a Y F4ʒY b/E rn a n o p a r t i c l e s s y n t h e s i z e d b y t h e r m a l d e c o m p o s i t i o n,r e s p e c t i v e l y. (d)β-N a Y F4ʒY b/E r n a n o p a r t i c l e s p r e p a r e d t h r o u g h t h eL S S s t r a t e g y. (e-g)C a F2ʒY b/E r,K Y b2F7ʒE r,a n dβ-N a G d F4ʒY b/T m n a n o p a r t i c l e s s y n t h e s i z e db y t h e o l e a t e r o u t e,r e s p e c t i v e l y[72-79].(2)T E Mi m a g e s o f t h eβ-N a Y F4-b a s e dU C N P s.(A,D,G,J)N a Y F4ʒY b/E r (20/2m o l%)U C N P s.(B,E,H,K)N a Y F4ʒY b/T m(22/0.2m o l%) U C N P s.(F,I)N a Y F4ʒY b/H o(20/2m o l%)U C N P s.(C,L)N a Y F4ʒY b/C e/H o(20/11/2m o l%)U C N P s.R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[82].㊃386㊃第38卷第4期周国永,等.稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展与镧系离子等为原料,以甲醇的水溶液为反应体系㊂A d o l f oS p e g h i n i课题组通过溶胶-凝胶法获得高效的㊁粒径小于10n m的U C N P s㊂另外,沉淀法就是在稀土盐溶液中加入沉淀剂,促使各组分均匀混合沉淀,经过滤㊁洗涤与干燥等步骤,在一定的温度和惰性气体氛围下,烧结得到U C N P s[93,94]㊂3.2增强U C N P s上转换效率的方法有多种提高U C N P s上转换效率的方法,譬如表面钝化㊁等离子共振耦合㊁能量转移调节及宽频敏化等[61]㊂绝对量子产率(Φ)是直接表征U C N P s上转换效率的因子,可采用Φ来评价材料的U C N P s发光效率[95]㊂Φ=N e m i s s i o nN a b s o r p t i o n=L s a m p l eE r e f e r e n c e-E s a m p l e(1)对U C N P s进行表面修饰以适应其在生物医学领域中的应用[96],外表面修饰的贵金属纳米层与内核可发生表面等离子共振,提高能量转移,进而提高上转换效率[18,97-101]㊂同样,U C N P s外表面修饰S i O2纳米层[102-104],可实现钝化目的[105],保护激发离子不受非辐射跃迁的影响,可将更多的近红外光子输送至发光中心,提高上转换效率㊂同时,S i O2包覆又是实现U C N P s 表面亲水改性的有效方法,可提高其生物相容性㊂较以上所述的惰性核/壳结构的U C N P s,活性的核/活性的壳结构比活性的核/惰性的壳或者只有活性的核等类型,具有更高的上转换效率,因为活性核/壳结构更有利于能量的有效传递[106-108]㊂3.3U C N P s发光特性的调控U C N P s发光特性的调控主要包括上转换发光效率与波长的调控,其调控对于实现提高信噪比,清晰㊁准确的成像与灵敏的检测至关重要㊂研究结果显示, U C N P s的结构㊁形貌㊁粒径㊁晶型与上转换发光效率有重要的关系,在上述条件相同的情况下,六方形结构的U C N P s上转换发光效率较高㊂一般情况下,U C N P s 粒径小,其上转换发光效率就较低,但是考虑到应用于生物医用领域的特殊情况,存在最适宜的粒径[109];其次,可利用表面等离子体共振原理(s u r f a c e p l a s m o n r e s o n a n c e t e c h n o l o g y,S P R),提高辐射跃迁的比率,提高上转换发光效率[110];最后,设计并制备核/壳结构,减少由于U C N P s表面缺陷而造成的能量损失,又增强能量传递[111-112],从而提高上转换发光效率㊂常见的策略是通过调节稀土掺杂离子的浓度㊁种类与合适的基质以实现对发光性能的有效调控㊂通过改变掺杂元素的种类与比例,合成一系列发光波长不同的U C N P s,如图4所示,不同类型的U C N P s在单一的激光激发下,可发射出单一波长的光图4各种类型的U C N P s示意图,重印许可[117]F i g.4S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no f v a r i o u sU C N P s.R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[117]或波长不同的光,发射波长可调控[113-114],此外,又可有效地调控N a x R E F3+x镧系的发射波长[115]㊂T a k a a k iT a n i g u c h i课题组[116]通过供体与受体相互作用,实现发光波长的调控㊂4U C N P s材料的应用高效U C N P s应用于生物医用相关领域,包括肿瘤诊断与活体成像,肿瘤治疗与控释药物/其他活性物质等方面[118-119],要求U C N P s粒径适宜,性能稳定,发光效率高[120],其表面为亲水相且具有良好的分散性[121];另外,U C N P s表面修饰功能性基团(如羧基㊁氨基㊁巯基与P E G等)[122-123],可为后续嫁接生物小分子或者赋予其它功能提供良好的耦合平台㊂4.1肿瘤诊断方面的应用主要利用荧光能量共振转移原理(f l u o r e s c e n c e r e s o n a n c e e n e r g y t r a n s f e r,F R E T)[124],提高传统传感检测体系所不具备的信噪比,能量供体与受体间具有较大的光谱重叠,二者适宜的空间距离,是保证能量发生高效转移效率的关键㊂其受体类型包括:有机光敏基团与无机纳米粒子,比如:U C N P s等;同时,荧光供体与受体之间的距离对能量转移效率也会产生显著影响㊂通过调控能量受体之间的距离与类别,可控制分析物检测中的能量转移过程,如诊断原发性胃肿瘤[125]以及肿瘤标记物等,并可通过非侵入的方式实现实时动态监测[50]㊂U C N P s成像涉及的范围较广,有单一模式成像,比如被动成像㊁细胞成像,也有与其他模式联合U P L/ (M R I,C T,P E T等)的多模态成像㊂细胞成像如图5所示,U C N P s可实现在细胞水平成像,在λe x=㊃486㊃材料科学与工程学报2020年8月980n m 的激发情况下,发出λe m =(540ʃ20)n m 的红光,并可清晰地看到细胞形貌,实现细胞成像,这也是小动物活体显像的基础㊂对于小动物活体显像而言,U C N P s 也可赋予自身的靶向功能,它在肿瘤内的荧光最强,聚集效果更为显著,表明它在肿瘤内具有良好的聚集效果㊂此外,还有U C N P s 与I C G 发生F R E T 效应,成像效果更佳,如图6所示㊂如前所述,有机荧光与荧光蛋白作为传统的体内成像,存在稳定性与背景干扰等问题,而U C N P s 则具有稳定性好,无光漂白与穿透性较强等特点㊂图5 激光共聚焦荧光图(a )λe x =980n m ,λe m =(540ʃ20)n m ;(b )λe x =543n m ,λe m =560-600n m ;(c )N a Y F 4ʒY b ,E r 与D i I 叠加;(d )上转换的强度;(e )λe x =543n m ,λe m =420-480n m );(f )(λe x =405n m ,λe m =420-480n m );(g)P d O E P &D P A 与H o e c h s t 33258共染H e L a 细胞叠加荧光;(d )㊁(h )荧光强度与核距离的关系.重印许可[126-127].F i g .5 (a -c )C o n f o c a l u p -c o n v e r s i o n i m a g e (a ,λe x =980n m ,λe m =(540ʃ20)n m ),f l u o r e s c e n c e i m a g e (b ,λe x =543n m ,λe m =560-600n m ),a n d t h e i r o v e r l a y (c )o fH e L a c e l l s c o s t a i n e dw i t hN a Y F 4ʒY b ,E r a n dD i I .(d )U p -c o n v e r s i o n i n t e n s i t yp r o f i l e a l o n g t h e l i n e s h o w n i n p a n e l a .(e -g )C o n f o c a l u p -c o n v e r s i o n i m a g e (e ,λe x =543n m ,λe m =420-480n m ),f l u o r e s c e n c e i m a g e (f ,λe x =405n m ,λe m =420-480n m ),a n d t h e i r o v e r l a y (g )o fH e L a c e l l s c o s t a i n e dw i t hP d O E P &D P A -l o a d e dS i O 2n a n o p a r t i c l e s a n dH o e c h s t 33258.P a n e l h s h o w s u p -c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c e i n t e n s i t yp r o f i l e a l o n g th e l i n e s h o w n i n p a n e l e .R e pr i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m [126-127].4.2 肿瘤治疗方面的应用U C N P s 具有上转换发光与光热性质等,可应用于肿瘤诊断方面,同时还可以实现控释药物/其他活性物质以治疗肿瘤之目的,由肿瘤诊断向肿瘤治疗方面发展,扩展了U C N P s 的应用范围㊂通过U C N P s 所发射的近红外光来控释药物/其他活性物质,治疗肿瘤[129-131],Y u eZ h a o 课题组[132]研究负载在胶束内的U C N P s ,采用光敏感胶束设计的思路[133-134],聚合物侧链键接4,5-二甲氧基-2-硝基苯基团(光敏基团),在980n m 激光照射下,U C N P s 发射能量较强的荧光,对于胶束的结构(具有光敏性)或者负载U C N P s 等具有光敏性质,吸收光能之后,其亲/疏水性质发生变化或者组成胶束的聚合物链段发生断裂[135-136],胶束结构破裂,药物或者其他活性物质被释放,若没有激光照射,则不释放,从而实现控释的目的,用以药物传输,以治疗疾病(如肿瘤等)㊂近些年来,肿瘤治疗受到极大的关注,U C N P s 对于肿瘤,主要为光动力治疗[137-138],即在光照的条件下,光敏剂通过光子吸收与能量转移过程,将氧分子激发为单线态氧或者活性氧自由基,诱导肿瘤细胞凋亡,发挥光动力学治疗效果[139-141]㊂A i g u o W u 课题组研究结果表明[142],在980n m 激光照射下,光敏剂发光的强度越来越弱,表明肿瘤体积越来越小,显示肿瘤抑制效果良好,说明U C N P s 对于肿瘤光动力治疗效果显著㊂如图7所示,光介入的光热治疗,穿透深度也是影响治疗效果的关键因素㊂同样,Y o n g Z h a n g 课题组[143]研究的U C N s @S i O 2(介空S i O 2包覆N a Y F 4ʒY b ,E r ,粒径约90n m ),在980n m 激光照射下,发生上转换发光现象,用于光动力治疗,从体外/内两个方面考察治疗效果,研究结果显示,相比其他实验组,光动力治疗可显著抑制肿瘤且与组织切片T U N E L 实验具有一致性,实验组细胞凋亡率达到近60%,而其他实验组细胞凋亡率则很低㊂㊃586㊃第38卷第4期周国永,等.稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展图6(A)尾静脉注射靶向肿瘤U C N P s在体内分布图;(B)荧光图F A S O C-U C N P s-I C G;(C)F A S O C-U C N P s-I C G和S O C-U C N P s-I C G对荷瘤小鼠的肿瘤/皮肤荧光强度比率的影响;(D)不同肿瘤/皮比率材料抑制肿瘤情况,注射24h后,从体内分离器官;(E)叶酸修饰的F A S O C-U C N P s-I C G与S O C-U C N P s-I C G平均荧光强度.重印许可[128]F i g.6I nv i v o t u m o r-t a r g e t i n g o f t h en a n o c o n s t r u c t s.F l u o r e s c e n c e i m a g e s o f n u d em i c e b e a r i n g B e l-7402t u m o r sw i t h i n t r a v e n o u s l y i n j e c t i o no f (A)F A S O C-U C N P s-I C Ga n d(B)S O C-U C N P s-I C G;(C)t u m o r/s k i n r a t i oo f t u m o r-b e a r i n g m i c e i n j e c t e dw i t hd i f f e r e n t n a n o c o n s t r u c t s;(D)f l u o r e s c e n c e i m a g e s o f i s o l a t e do r g a n s s e p a r a t e d f r o m B e l-7402t u m o r-b e a r i n g m i c e i nd i f f e r e n t g r o u p s a t24h p o s t i n j e c t i o n; (E)s e m i q u a n t i f i c a t i o no fF A S O C-U C N P s-I C Ga n dS O C-U C N P s-I C Gi n t h e i s o l a t e do r g a n s o fm i c ew i t hd i f f e r e n t i n j e c t i o n.F o l a t e-m o d i f i e d a m p h i p h i l i c c h i t o s a n(F A S O C).R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[128]5U C N P s的发展趋势:前景及展望U C N P s的主要功能在于光学方面,目前主要应用于小动物活体成像与治疗,特别是成像,发展空间巨大,实现粒径适宜㊁结晶度高及分散均匀的合成技术有待进一步完善㊂高效发光㊁合适粒径㊁适宜的表面修饰㊁表面亲水性㊁较高的稳定性与较低的细胞毒性等都将是发展U C N P s的基本方向,同时,也是U C N P s走向临床应用的必由之路㊂U C N P s的发展趋势正由单一的成像模式向双/多模态靶向成像发展[144],目前,U C N P s成像对象仅限于常见的小动物,如小鼠,未见略大一些的动物,如大鼠㊁兔子与猴子等,与临床应用尚有较大差距㊂稀土掺杂上转换原理成像以及单一的成像模式,虽然具有很多优点,但是仍有不足之处,例如难以获得全面准确的成像信息,其成像功能尚不如两种或两种以上的可相互结合㊁优势互补的多模态成像[145-146],以达到快速精确诊断和治疗疾病的目的㊂这些也是今后生物医用领域重点发展的方向之一[147-148]㊂同时必须指出,多模态成像存在工艺复杂㊁成本过高与稳定性变差等问题,在应用方面需综合考虑二者最适宜的平衡点㊂由U C N P s单一的成像功能拓展为成像㊁光热㊁动力学治疗与化疗等多功能㊁协同增效作用,已成为新的发展方向之一㊂由其本身所具有的成像功能㊁光动力学治疗[149]与光介入光热治疗逐渐拓展为控制药物,实现化疗以及与其他的治疗手段相结合实现协同增㊃686㊃材料科学与工程学报2020年8月图7 U C N s@S i O2体内光动力学治疗图,(a)14天治愈后,依据所描述的情况反映,在白色圈子内的为肿瘤;(b)被处理后的肿瘤,在6,8, 10,12与14d后肿瘤抑制情况,肿瘤数据是平均值;(c)K r u s k a l-W a l l i sA N O V A*P<0.05,肿瘤组织T U N E L染色实验,肿瘤细胞凋亡表明治疗情况.随意所取的电镜视野表明,相对应的D A P I表明,细胞核区域上转换标记细胞成像表明细胞位置(ˑ400放大);(d)T U N E L阳性细胞凋亡柱状图表明细胞凋亡百分率,D A P I染色(n=8每组组织切片),*P<0.05相对于其他组(K u r s k a l-W a l l i sA N O V A).重印许可[143].F i g.7I n v i v o P D To f i n j e c t e d t u m o r c e l l s p r e-l a b e l e dw i t hU C N s@S i O2(m e s o p o r o u s-s i l i c a-c o a t e d u p c o n v e r s i o n f l u o r e s c e n t n a n o p a r t i c l e s,U C N s@S i O2).(a)R e p r e s e n t a t i v e g r o s s p h o t o s o f am o u s e s h o w i n g t u m o r s(h i g h l i g h t e d b y d a s h e dw h i t e c i r c l e s)a t14d a f t e r t r e a t m e n tw i t h t h e c o n d i t i o n s d e s c r i b e d f o r g r o u p s1-4.(b)T u m o rv o l u m e s i n t h e f o u r t r e a t m e n t g r o u p s a t6,8,10,12a n d14d a f t e r t r e a t m e n t t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e t r e a t m e n t i n t e r m s o f t u m o r c e l l g r o w t h i n h i b i t i o n.V a l u e s a r em e a n sʃs.e.m.(n=6m i c e p e r g r o u p).*P<0.05c o m p a r e d t o o t h e r g r o u p s b y m u l t i p l e p a i r w i s e K r u s k a l-W a l l i sA N O V A.(c)T U N E L s t a i n i n g o f t i s s u e s e c t i o n s f r o mt h e t r e a t m e n t g r o u p s a t24h a f t e r t r e a t m e n t t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e t r e a t m e n t i n t e r m s o f t u m o r c e l l d e a t hb y a p o p t o s i s.D A P I c o u n t e r s t a i n i n g i n d i c a t e s t h e n u c l e a r r e g i o n,a n d u p c o n v e r s i o n f l u o r e s c e n c e i m a g i n g i n d i c a t e s t h e p o s i t i o n o f t h e i n j e c t e dU C N-l a b e l e d c e l l(ˑ400m a g n i f i c a t i o n).(d)T h e a p o p t o t i c i n d e x c h a r t e d a s t h e p e r c e n t a g e o fT U N E L-p o s i t i v e a p o p t o t i c n u c l e i d i v i d e d b y t h e t o t a l n u m b e r o f n u c l e i v i s u a l i z e d b y c o u n t e r s t a i n i n g w i t hD A P I o b t a i n e d f r o mc o u n t s o f r a n d o m l y c h o s e nm i c r o s c o p i c f i e l d s.V a l u e s a r em e a n sʃs.e.m.(n=8h i s t o l o g i c a l s e c t i o n s p e r g r o u p).*P<0.05c o m p a r e d t o o t h e r g r o u p s b y m u l t i p l e p a i r w i s eK u r s k a l-W a l l i sA N O V A.R e p r i n t e dw i t h p e r m i s s i o n f o r m[143]效治疗肿瘤,从根本上提高治疗效果[150]㊂再次,对于难于治愈的疾病,如癌症,往往存在多药耐药性,U C N P s在肿瘤中,大多分布于血管周围,穿透性很差,特别难于到达肿瘤深部㊂解决此类难题,往往需要从两方面着手,一方面,优化U C N P s的性质,比如赋予主动靶向㊁适宜的粒径与稳定性等[151]㊂另一方面,充分利用内/外源性刺激的作用,如针对肿瘤微环境的特点,采用激光㊁超声㊁磁场等综合治疗,以增加U C N P s所负载药物在肿瘤深部的穿透性㊂U C N P s作为生物医用的新生材料,涉及多学科领域[152],对其尚需进行深入的研究㊂尤其需要加强其作为生物医用材料的应用基础性研究,从而为其临床医学应用奠定坚实基础㊂参考文献[1]周国永,韦岸宏.氨水-草酸共沉淀法中试制备微米C e 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[2]周国永,曾一文,黄志强,等.碳酸氢铵-氨水-草酸共沉淀法制备微米稀土C e O2工艺的研究[J].化工新型材料,2012,40(9): 138~140.[3] S U N L,D O N G H,Z H A N G P,e ta l.U p c o n v e r s i o n o fr a r eE a r t hn a n o m a t e r i a l s[J].A n n u a lR e v i e wo fP h y s i c a lC h e m i s t r y,㊃786㊃第38卷第4期周国永,等.稀土掺杂上转换发光生物医用纳米材料的研究进展2015,66(1):619~642.[4] Z H E N G W,HU A N G P,T U D,e t a l.L a n t h a n i d e-d o p e du p c o n v e r s i o n n a n o-b i o p r o b e s:e l e c t r o n i c s t r u c t u r e s,o p t i c a lp r o p e r t i e s,a n d b i o d e t e c t i o n[J].C h e m i c a lS o c i e t y R e v i e w s, 2015,44(6):1379~1415.[5] Z HO UJ,L I U Q,F E N G W,e ta l.U p c o n v e r s i o nl u m i n e s c e n tm a t e r i a l s:a d v a n c e sa n d a p p l i c a t i o n s[J].C h e m i c a l R e v i e w s, 2015,115(1):395~465.[6] B u n z l i J G,E l i s e e v a S V.L a n t h a n i d e N I R l u m i n e s c e n c ef o rt e l e c o mm u n i c a t i o n s,b i o a n a l y s e s a n d s o l a r e n e r g y c o n v e r s i o n[J].J o u r n a l o fR a r eE a r t h s,2010,28(6):824~842.[7] WA N G L,Y A NR,HU OZ,e t a l.F l u o r e s c e n c e r e s o n a n t e n e r g yt r a n s f e r b i o s e n s o r b a s e d o n u p c o n v e r s i o n-l u m i n e s c e n tn a n o p a r t i c l e s[J].A n g e w a n d t e C h e m i eI n t e r n a t i o n a l E d i t i o n, 2005,44(37):6054~6057.[8]周国永,苏玉静,黄志强,等.自蔓延低温合成S r A l2O4:E u2+,D y3+及其粒径控制与发光性能[J].材料科学与工程学报,2011,29(4):623~627;573.[9] W o n g H T,C h a nH L W,H a o JH.M a g n e t i c a n d l u m i n e s c e n tp r o p e r t i e so f m u l t i f u n c t i o n a l G d F3:E u3+n a n o p a r t i c l e s[J].A p p l i e dP h y s i c sL e t t e r s,2009,95(2):1~3.[10] L I U G.A d v a n c e si nt h et h e o r e t i c a lu n d e r s t a n d i n g o f p h o t o nu p c o n v e r s i o n i n r a r e-e a r t h a c t i v a t e d n a n o p h o s p h o r s[J].C h e m i c a lS o c i e t y R e v i e w s,2015,44(6):1635~1652.[11] Z HO UJ,X US,Z H A N GJ,e t a l.U p c o n v e r s i o n l u m i n e s c e n c eb e h a v i o r o fs i n g l en a n o p a r t ic l e s[J].N a n o s c a l e,2015,7(37):15026~15036.[12] Z H E N G W,T U D,H U A N G P,e ta l.T i m e-r e s o l v e d l u m i n e s c e n tb i o s e n s i n g b a s e d o n i n o r g a n i cl a n t h a n i d e-d o p e d n a n o p r o b e s[J].C h e m i c a l C o m m u n i c a t i o n s,2015,51(20):4129~4143.[13] WA N G G,P E N G Q,L I Y.L u m i n e s c e n c e t u n i n g o fu p c o n v e r s i o nn a n o c r y s t a l s[J].C h e m i s t r y:A E u r o p e a nJ o u r n a l, 2010,16(16):4923~4931.[14] WA N GF,L I U X.U p c o n v e r s i o nm u l t i c o l o r f i n e-t u n i n g:V i s i b l et o n e a r-I n f r a r e d e m i s s i o n f r o m l a n t h a n i d e-d o p e d N a Y F4n a n o p a r t i c l e s[J].J o u r n a lo ft h e A m e r i c a n C h e m i c a lS o c i e t y, 2008,130(17):5642~5643.[15]周国永,曾一文,罗杨合.溶胶-凝胶法制备稀土E r3+-Y b3+掺杂C a T i O3上转化绿红光材料的研究(英文)[J].暨南大学学报(自然科学与医学版),2014,35(2),130~135. 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《稀土核壳磁性—上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究》范文
《稀土核壳磁性—上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究》篇一稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究一、引言随着纳米科技的飞速发展，稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料以及介孔纳米催化材料在诸多领域如生物医学、环境科学和材料科学中显示出巨大的应用潜力。
本文旨在深入探讨稀土核壳磁性上转换纳米发光材料的构筑及其性能，同时对介孔纳米催化材料的结构与功能进行研究。
二、稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的构筑1. 材料设计稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料由稀土元素为内核，外部包裹磁性材料和上转换发光材料组成。
设计思路旨在结合磁性材料的高效分离性能与稀土元素丰富的能级和高效的发光特性。
2. 合成方法通过溶剂热法和水热法等化学合成方法，制备出具有特定形貌和尺寸的稀土核壳磁性纳米颗粒。
在此基础上，利用物理气相沉积或化学气相沉积等方法在颗粒表面制备上转换发光层。
三、稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的性能研究1. 磁性能分析利用振动样品磁强计（VSM）等设备对样品的磁性能进行测试，研究其饱和磁化强度、矫顽力等参数。
通过调整材料的成分和结构，优化其磁性能。
2. 上转换发光性能分析利用光谱仪等设备对样品的上转换发光性能进行测试，分析其发光效率、颜色纯度、发光寿命等参数。
研究不同激发光波长和强度对上转换发光性能的影响。
四、介孔纳米催化材料的构筑及性能研究1. 材料设计及合成采用溶胶凝胶法或模板法等制备出具有介孔结构的纳米催化材料。
通过调整制备条件，控制材料的孔径、比表面积和形貌。
2. 催化性能研究以典型反应为研究对象，如CO氧化、烷烃裂解等，通过实验测定催化剂的活性、选择性和稳定性。
研究催化剂的表面性质、孔结构和化学组成对催化性能的影响。
五、结果与讨论1. 稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的磁性和上转换发光性能结果表明，通过优化制备条件，可以获得具有高饱和磁化强度和良好上转换发光性能的纳米材料。
稀土上转换发光纳米材料
“稀土上转换发光纳米材料”资料合集目录一、稀土上转换发光纳米材料的应用二、稀土上转换发光纳米材料用于近红外光激发的光动力治疗联合肿瘤基因治疗的研究三、稀土上转换发光纳米材料用于小动物成像研究四、稀土上转换发光纳米材料及生物传感研究进展五、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六、稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用稀土上转换发光纳米材料的应用随着社会的快速发展，能源问题已成为全球关注的焦点。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力。
有机太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，因其独特的优点和潜在的应用前景，受到了广泛关注。
本文将对有机太阳能电池的研究现状与进展进行简要概述。
有机太阳能电池是一种利用有机材料制成光电转换器件的太阳能电池。
相较于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有质量轻、可弯曲、制备工艺简单等优点。
同时，有机材料种类繁多，可选择性广，有助于实现低成本、高性能的太阳能电池制备。
目前，有机太阳能电池的研究主要集中在以下几个方面：材料设计：针对有机太阳能电池的光电转换效率、稳定性等性能指标，设计并合成新型有机材料是关键。
研究人员通过分子设计、材料掺杂等技术手段，不断提高有机材料的吸收能力、电荷传输性能和稳定性。
界面工程：界面结构对有机太阳能电池的性能具有重要影响。
研究人员通过优化电极界面、活性层与电极之间的界面结构，降低界面电阻，提高电荷的收集效率。
器件结构：器件结构是影响有机太阳能电池性能的重要因素之一。
目前常见的器件结构有单层结构、双层结构和多层结构等。
研究人员通过优化器件结构，提高光电转换效率和稳定性。
工艺优化：制备工艺对有机太阳能电池的性能和成本具有重要影响。
研究人员通过优化制备工艺，实现低成本、高效、大规模的制备。
近年来，有机太阳能电池的研究取得了显著进展。
在材料设计方面，新型有机材料不断涌现，光电转换效率得到了显著提升。
在界面工程和器件结构方面，通过优化设计，提高了电荷的传输和收集效率，同时降低了能量损失。
稀土上转换纳米荧光探针研究获进展
稀土上转换纳米荧光探针研究获进展稀土掺杂上转换纳米发光材料具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优势，是目前普遍看好且有望成为替代传统下转换荧光探针的新一代荧光生物标记材料。
然而，该类材料存在着荧光量子产率低的瓶颈问题，严重制约其实际应用。
如何提高材料的上转换发光效率并设计高效多功能的上转换纳米荧光探针从而实现对疾病标志物的高灵敏检测是当前该领域的研究热点。
在国家自然科学基金杰出青年和促进海峡两岸科技合作联合基金、中科院创新国际团队和战略性先导科技专项等支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组近日受邀在英国皇家化学会的旗舰刊物《化学会评论》发表了题为Lanthanide-Doped Upconversion Nano-Bioprobes: Electronic Structures, Optical Properties, and Biodetection 的综述论文(Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1379-1415, Inside Front Cover)，并被选为内封面。
该综述系统阐述了稀土上转换纳米荧光探针（UCNP）的电子结构、发光物理及其生物医学应用的最新研究进展，尤其对肿瘤标志物的体外检测等进行了重点评述。
该综述不仅全面总结了该领域的国际前沿和最新成果，还根据该小组以往的研究成果对稀土上转换纳米荧光探针的未来发展方向和趋势进行了深入探讨，提出了自己的见解。
该工作有望加深国内外同行对稀土上转换纳米荧光探针的认识，同时，也对未来多功能纳米荧光生物探针的设计、开发以及稀土资源的高值利用等研究具有重要的指导意义。
此前，该研究小组在稀土纳米荧光探针的控制合成、光学性能研究以及肿瘤标志物检测应用方面取得了系列研究进展。
例如，基于LiLuF4:Yb,Er纳米荧光探针实现了对人绒毛膜促性腺激素β-hCG的上转换荧光检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252, 卷首彩页）；发展了一种基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析（DELBA）新方法并实现对癌胚抗原（CEA）的超灵敏检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498；入选“2014年中国稀土十大科技新闻”）。
稀土上转换发光纳米材料的研究
65k
210k -
氩离子泵浦
PA泵浦 PA泵浦
551nm绿光
红光 红蓝光
6
在室温下，在氧化物等晶体中也成功地获得了激光运转， 上转换发光效率超过了1％，高达1.4％。
年份 上转换材料 泵浦 双波长1540nm和 1054 nm泵浦 1054nm泵浦 810nm泵浦 上转换发光 670nm红光 649nm红光 551nm绿光
PEI／NaYF4：Yb3+，Er3+纳米微粒
19
不同水热处理时间的产物比较
20
• 操作简单，反应条件温和、可制备的材料种类多， 液相法 产物通常纯度比较高、微粒的粒径和表面属性比 较容易控制。
13
3.2 比较常用的几种液相制各方法：
1）水热/溶剂热法 2）沉淀法 3）溶胶—凝胶法 4）微乳液法
14
3.2.1 水热/溶剂热法
在特制的密闭反应容器（如高压釜） 中，以水或有机溶剂作为反应介质， 在高温高压下进行化学反应的一种方 法。 样品的扫描电镜图 a、 55000倍 b、 220000倍
5
1、2
20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温度) 在掺Er3+：CaF2晶体中上转换发光效率高达25%。
年份
上转换材料
温度 90K
泵浦 半导体LD 泵浦
上转换发光 850nm
1989 掺Er3+：LiYF4 晶体
1989 掺Er3+：LiYF4 晶体
1990 掺Er3+：CaF2晶体 1992 掺Pr3+：LaCl3 晶体
15
3.2.2 沉淀法
张俊文等制备的纳米上转换 发光材料Y2O2S：Yb，Er
16
《2024年稀土上转换微纳米马达的构筑及其应用研究》范文
《稀土上转换微纳米马达的构筑及其应用研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，微纳米马达作为一种新型的纳米驱动技术，其构筑及其应用逐渐成为研究的热点。
其中，稀土上转换微纳米马达因具有高灵敏度、非接触式驱动、可逆可控等优势，被广泛应用于药物输送、生物探测、光子操控等多个领域。
本文旨在详细阐述稀土上转换微纳米马达的构筑方法及其在各个领域的应用研究。
二、稀土上转换微纳米马达的构筑（一）材料选择与制备稀土上转换微纳米马达的构筑主要依赖于稀土元素的上转换发光特性。
通常选用具有上转换发光特性的稀土离子掺杂的纳米材料作为马达的核心部分，如NaYF4等。
制备过程中，通过高温固相法、溶胶凝胶法、水热法等方法合成出具有特定形状和尺寸的稀土纳米粒子。
（二）马达组装与修饰将制备好的稀土纳米粒子进行表面修饰，如利用聚合物、生物分子等对纳米粒子进行包覆，以提高其生物相容性和稳定性。
随后，通过自组装技术将修饰后的纳米粒子组装成微纳米马达。
三、稀土上转换微纳米马达的应用研究（一）药物输送与释放利用稀土上转换微纳米马达的高灵敏度及非接触式驱动特性，可实现药物的高效输送和精确释放。
通过外部光场调控，可控制马达的运动轨迹和速度，从而实现药物的定向输送和精确释放。
此外，稀土上转换微纳米马达还具有可逆可控的特性，为药物的循环利用提供了可能。
（二）生物探测与成像稀土上转换微纳米马达的发光特性使其在生物探测和成像领域具有广泛应用。
通过将生物分子与马达结合，可实现特定生物分子的高效检测。
同时，利用上转换发光的深组织穿透能力，可实现生物组织的深层成像。
此外，通过调控外部光场，还可实现多模态成像，提高成像的准确性和可靠性。
（三）光子操控与信息存储稀土上转换微纳米马达的光子操控能力使其在光子操控和信息存储领域具有潜在应用价值。
通过外部光场的精确调控，可实现马达的精确运动和复杂操作，为光子操控提供了新的途径。
此外，结合信息存储技术，可实现信息的高密度存储和快速读取，为信息科技的发展提供新的可能。
稀土纳米发光材料研究进展
第26卷 第3期2005年6月发 光 学 报C H I N ESE J OURNAL OF LUM I N ESCENCEV ol 126N o 13June ,2005文章编号:1000-7032(2005)03-0285-09稀土纳米发光材料研究进展张吉林,洪广言*(中国科学院稀土化学与物理重点实验室,吉林长春 130022)摘要:稀土纳米发光材料明显不同于体相发光材料的特性已经成为近年来的热点研究课题,为了更好地探索其特性,综述了稀土纳米发光材料的研究进展,特别是掺杂Eu 3+和T b 3+离子的稀土纳米发光材料。
首先,归纳总结了稀土纳米发光粒子不同于体相材料的光谱特性,如电荷迁移带的红移、发射峰谱线的宽化、猝灭浓度的升高、荧光寿命和量子效率的改变等等;其次,概述了一维稀土纳米发光材料的制备与光谱性质,介绍了二维稀土纳米发光薄膜的图案化和介孔模板组装;最后,对其未来的发展趋势进行了展望。
关 键 词:稀土;发光;纳米材料;Eu 3+;Tb 3+中图分类号:O 482.31 PACC :3250F;7860 文献标识码:A收稿日期:2004-04-20;修订日期:2004-11-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(50473002)作者简介:张吉林(1963-),男,辽宁本溪人,副研究员,博士,主要从事无机纳米结构材料与稀土发光材料的研究。
*:通讯联系人;E-m ai:l gyhong @ciac .j.l cn,Te:l (0431)52620421 引 言纳米发光材料是指颗粒尺寸在1~100n m 的发光材料,它包括纯的和掺杂离子的纳米半导体复合发光材料和具有分立发光中心的掺杂稀土或过渡金属离子的纳米发光材料。
1994年Bhar -gava 等[1,2]首次报道了纳米ZnS B M n 的发光寿命缩短了5个数量级,而外量子效率仍高达18%。
尽管这是一个有争议的实验结果[3],但却引起了人们研究半导体纳米发光材料的极大兴趣,因为它预示了纳米发光材料可能有高的发光效率和短的荧光寿命等特性。
稀土掺杂纳米发光材料的研究发展
稀土掺杂纳米发光材料的研究开展XX：王林旭学号：5400110349 班级：经济107摘要：本文先介绍了关于稀土纳米发光材料的有关根本概念及根本用途，让读者有个根本认识。
文章重点对稀土氟化物纳米颗粒的上转换光学性能以及稀土磷酸盐纳米发光材料的研究进展方面做个简单的介绍关键词：稀土发光材料稀土磷酸盐纳米发光材料1．引言：短短半个学期的选修课学习，自己对纳米材料有了一定的了解，这篇论文的选题是“稀土掺杂纳米发光材料的研究开展〞，查阅跟搜索了相关资料后，主要从稀土氟化物纳米颗粒的上转换光学性能以及稀土磷酸盐纳米发光材料的研究进展方面给以论述。
首先，先来了解几个根本概念。
1.1什么是稀土元素？稀土元素包括钪、钇和５７到７１的镧系元素共１７种元素。
它们在自然界中共同存在，性质非常相似。
由于这些元素发现的比较晚又难以别离出高纯状态，最初得到的是元素的氧化物，它们的外观似土，所以称它们为稀土元素。
稀土元素的电子组态是［Ｘｅ］４ｆＤＩ１５ｓ２５￣ｓａｏ～６ｓ２。
镧系元素离子的吸收光谱或激发光谱，来源于组态内的电子跃迁，即ｆ—ｆ跃迁；组态间的能级跃迁，即４ｆ一５ｄ，４ｆ一６ｓ，４ｆ一６ｐ等跃迁：还有电荷迁移跃迁，即配体离子的电子向离子的跃迁，从高能级向低能级的跃迁就产生相应的发射光谱。
由于稀土的这些特性，所以它可以做发光材料。
发光材料包括半导体发光材料和稀土化合物发光材料两大类…１。
稀土荧光材料以应用铕、铽、钆、钇等高纯中稀土为主要特色２。
纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在１—１ｏｏ哪的发光材料l３。
纳米粒子本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、外表效应和宏观量子隧道效应等。
受这些构造特性的影响，纳米稀土发光材料表现出许多奇特的物理和化学特性，从而影响其中掺杂的激活离子的发光和动力学性质，如光吸收、激发态寿命，能量传递，发光量子效应和浓度猝灭等性质。
在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。
1.2什么是发光材料？在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。
稀土上转换发光材料
稀土上转换发光材料
稀土上转换发光材料是一种新型材料，具有低毒性、化学稳定性高、光稳定性优异、发射带窄、发光寿命长、光穿透力强、对生物组
织几乎无损伤、无背景荧光等优点，广泛应用于防伪识别、生物医
药、太阳能电池及照明等领域。
掺杂离子在制备上转换发光材料中扮演着极为重要的角色，当前掺杂研究主要集中在Yb3+、Eu3+ 和Er3+。
研究者采用水热合成法制备NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子，再通过X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对它的尺寸、形貌和结晶度等方面进行研究。
实验表明，NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子在防伪识别方面具有稳定性、可靠性等特点，但仍受到影响程度可控的自然环境因素影响。
综合来看，其在防伪领域有着很大的应用前景。
稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究
稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究一、本文概述本论文《稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究》旨在深入探究稀土氧化物和氟化物纳米晶的上转换荧光光谱特性，以及如何通过设计优化其性能。
上转换荧光是一种特殊的光学现象，能够将低能量的长波辐射转换为高能量的短波辐射，因此在生物成像、太阳能电池、显示器和固态激光器等领域具有广泛的应用前景。
稀土元素因其独特的电子结构和光学性质，在上转换荧光材料中发挥着关键作用。
本文将首先介绍稀土氧化物和氟化物纳米晶的基本性质，包括其晶体结构、光学特性以及上转换荧光的物理机制。
随后，将重点讨论如何通过材料设计、合成方法以及外部调控等手段，优化这些纳米晶的上转换荧光性能。
还将探讨纳米晶的尺寸、形貌、表面修饰等因素对其荧光性能的影响，并分析潜在的机制。
本论文还将综述当前国内外在稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱设计研究方面的最新进展，以期为该领域的发展提供有益的参考和启示。
最终，通过本论文的研究，我们期望能够为开发高效、稳定、可调的上转换荧光材料提供理论支持和实验依据，推动相关领域的科技进步和应用发展。
二、稀土氧化物和氟化物纳米晶的制备方法稀土氧化物和氟化物纳米晶的制备方法众多，其中包括但不限于热解法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
每种方法都有其独特的优点和适用条件，因此需要根据具体的实验需求和目标选择适合的制备方法。
热解法是一种常用的制备稀土氧化物和氟化物纳米晶的方法。
其基本原理是在高温下，使稀土盐或稀土有机配合物分解，从而生成相应的稀土氧化物或氟化物纳米晶。
通过精确控制反应条件，如温度、气氛、前驱体的种类和浓度等，可以实现对纳米晶尺寸、形貌和发光性能的调控。
热解法的优点是制备过程简单、易于操作，且可以制备出高质量、高纯度的纳米晶。
溶胶-凝胶法则是通过水解和缩聚反应，使稀土盐在溶液中形成溶胶，再经过陈化、干燥和热处理等步骤，最终得到稀土氧化物或氟化物纳米晶。
稀土发光纳米材料合成实验报告
稀土发光纳米材料的合成与发光性能实验报告一、实验目的1.用共沉淀法、水热法制备稀土发光纳米材料；2.用荧光光谱仪测试稀土发光材料的发射光谱；3.了解不同制备工艺及各工艺参数对纳米材料产物晶相、尺寸、形貌的影响；4.了解稀土离子上、下转换发光的原理及特征。
二、实验原理1.共沉淀法共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子, 它们以均相存在于溶液中, 加入沉淀剂, 经沉淀反应后, 可得到各种成分的均一的沉淀, 它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。
共沉淀法, 就是在溶解有各种成份离子的电解质溶液中添加合适的沉淀剂, 反应生成组成均匀的沉淀, 沉淀热分解得到高纯纳米粉体材料。
共沉淀法的优点在于: 其一是通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料, 其二是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。
化学共沉淀法制备ATO粉体具有制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制、合成周期短等优点, 已成为目前研究最多的制备方法。
化学共沉淀法是把沉淀剂加入混合后的金属盐溶液中, 使溶液中含有的两种或两种以上的阳离子一起沉淀下来, 生成沉淀混合物或固溶体前驱体, 过滤、洗涤、热分解, 得到复合氧化物的方法。
沉淀剂的加入可能会使局部浓度过高, 产生团聚或组成不够均匀。
化学共沉淀法不仅可以使原料细化和均匀混合, 且具有工艺简单、煅烧温度低和时间短、产品性能良好等优点。
.2.溶剂热法溶剂热法是水热法的发展, 它与水热法的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。
在溶剂热反应中, 通过把一种或几种前驱体溶解在非水溶剂, 在液相或超临界条件下, 反应物分散在溶液中并且变的比较活泼, 反应发生, 产物缓慢生成。
该过程相对简单而且易于控制, 并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体另外, 物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制, 而且, 产物的分散性较好。
在溶剂热条件下, 溶剂的性质（密度、粘度、分散作用)相互影响, 变化很大, 且其性质与通常条件下相差很大, 相应的, 反应物（通常是固体）的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。
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
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多功能传感用稀土发光纳米材料和器件关键制备技术的研究-概述说明以及解释
多功能传感用稀土发光纳米材料和器件关键制备技术的研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着科技的日益发展，对于多功能传感应用的需求也日益增加。
稀土发光纳米材料和器件作为一种具有优异光电性能和多功能性的材料，在传感领域中得到了广泛的关注和应用。
本文将围绕多功能传感用稀土发光纳米材料和器件关键制备技术展开研究。
在本文的研究中，我们着重探讨了稀土发光纳米材料的制备技术和稀土发光纳米器件的制备技术。
稀土发光纳米材料的制备技术是实现多功能传感的基础和关键，它需要通过特定的方法来获得具有优异光电性能和多功能性的纳米材料。
而稀土发光纳米器件的制备技术则是将稀土发光纳米材料应用于传感领域的重要手段。
通过将稀土发光纳米材料制备成不同类型的器件，如光电器件、生物传感器等，可以实现对不同环境参数的高灵敏度检测和监测。
本文将分别对稀土发光纳米材料制备技术和稀土发光纳米器件制备技术进行详细的介绍和探讨，并对其优缺点进行评估和总结。
同时，本文还对未来的发展趋势和研究方向进行了展望，希望能够为多功能传感应用的研究提供一定的参考和指导。
通过对多功能传感用稀土发光纳米材料和器件关键制备技术的研究，我们可以更好地认识和理解这一领域的前沿技术和最新成果，为相关应用的开发和推广提供有力的支持和帮助。
同时，本研究也有望为其他纳米材料和器件的制备技术研究提供借鉴和启示，推动传感领域的进一步发展和创新。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文主要围绕多功能传感用稀土发光纳米材料和器件关键制备技术展开讨论。
为了清晰地呈现研究内容，文章将按照以下结构进行阐述。
首先，在引言部分（第1节），我们将对本文的研究背景和意义进行概述，介绍稀土发光纳米材料和器件的基本概念以及其在传感领域的应用前景。
同时，我们还将介绍本文的目的，即研究和探究多功能传感用稀土发光纳米材料和器件的关键制备技术。
接下来，我们将进入正文部分（第2节）。
在2.1小节中，将详细介绍稀土发光纳米材料的制备技术。
《稀土核壳磁性—上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究》范文
《稀土核壳磁性—上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究》篇一摘要：本文对稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料和介孔纳米催化材料的构筑方法及性能进行了深入研究。
首先，详细介绍了两种材料的制备过程、结构特点及性能参数。
其次，通过实验数据和图表，展示了材料在磁性、发光及催化方面的优异性能。
最后，对两种材料的应用前景进行了展望。
一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料在诸多领域展现出巨大的应用潜力。
稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料和介孔纳米催化材料作为两种典型的纳米功能材料，在生物医学、能源、环境等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点研究这两种材料的构筑方法及性能。
二、稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的构筑及性能研究1. 制备方法稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料采用溶胶-凝胶法结合高温热解法制备。
首先，通过溶胶-凝胶过程合成稀土掺杂的氧化物前驱体，然后在高温下进行热解，形成具有核壳结构的磁性-发光纳米粒子。
2. 结构特点及性能参数该材料具有核壳结构，其中稀土元素作为发光中心，提供上转换发光性能；磁性元素则赋予材料良好的磁响应性能。
通过调整稀土元素的种类和掺杂比例，可以实现对上转换发光性能的调控。
此外，该材料还具有较高的化学稳定性和生物相容性。
3. 实验数据及图表展示通过SEM、TEM等手段对材料的形貌和结构进行表征，结果显示材料具有均匀的粒径分布和清晰的核壳结构。
上转换发光性能测试表明，该材料在近红外光激发下表现出强烈的上转换发光现象，发光颜色可调。
此外，该材料还具有较好的磁响应性能，能够在外加磁场的作用下实现快速分离。
三、介孔纳米催化材料的构筑及性能研究1. 制备方法介孔纳米催化材料采用硬模板法或软模板法结合溶胶-凝胶法制备。
首先，通过模板法制备出具有介孔结构的硅基材料，然后在高温下进行活化处理，形成具有较高比表面积的介孔纳米催化材料。
2. 结构特点及性能参数该材料具有介孔结构，比表面积大，有利于催化剂的负载和反应物的扩散。
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1987
1987 1994 1995
Yb3+，Er3+：BaF2晶体
Yb3+，Tm3+：BaF2晶 体 Er3+：LiYF4 晶体 Er3+：LiYF4 晶体
双波长1540nm和 670nm红光 1054 nm泵浦
1054nm泵浦 810nm泵浦 969nm泵浦 649nm红光 551nm绿光 551nm绿光
15
3.2.3 溶胶—凝胶法
基本原理是将金属醇盐或无机盐水解，然后使溶质 聚合凝胶化，再将凝胶干燥、烧培，最后得到无机材料。
3.2.4 微乳液法
所有化学反应都在液滴内部进行。
16
不同方法制备的UCNPs纳米颗粒
17
1992
掺Er3+：LiYF4 晶体 掺Er3+：LiYF4 晶体 掺Er3+：CaF2晶体
掺Pr3+：LaCl3 晶体
90K 65k 210k
-
半导体LD 泵浦 氩离子泵浦 PA泵浦
PA泵浦
850nm 551nm绿光 红光
红蓝光
6
在室温下，在氧化物等晶体中也成功地获得了
激光运转，上转换发光效率超过了1％，高达1.4％。
NaYF4: Yb3+，Er3+ 纳米颗粒
最有效的基质材料：NaYF4 常用的敏化剂为：Yb3+ 激活剂通常是：Er3+、Ho3、Tm3+等。 激发光源：近红外连续激光器（980 nm）
10
3、镧系掺杂发光纳米微粒的制备方法
11
3.1 合成方法
12
3.2 比较常用的几种液相制各方法
1）水热/溶剂热法
稀土上转换发光材料的研究
樊潇 15S007020
主要内容
1
稀土上转换发光材料的发展
2
稀土上转换发光材料的组成
稀（ upconversion nanoparticles ， UCNPs ）
是指材料吸收能量较低的光子时却能够发出较高能量的光子 的材料，或者也可以说是受到某种光激发时，材料可以发射 比激发光波长短的荧光材料。 本质：反Stokes发光。
2）沉淀法 3）溶胶—凝胶法 4）微乳液法
13
3.2.1 水热/溶剂热法
在特制的密闭反应容器（如高压 釜）中，以水或有机溶剂作为反应介 质，在高温高压下进行化学反应的一 种方法。
样品的扫描电镜图 a、 55000倍 b、 220000倍
14
3.2.2 沉淀法
张俊文等制备的纳米上转换 发光材料Y2O2S：Yb，Er
UCNPs
3
1、稀土上转换发光材料的发展
4
1.1
1959年，Bloembergc用960nm的红外光激发多晶ZnS ， 观察 到了525nm的绿色发光。
1962年，此种现象又在硒化物中得到了进一步的证实。
1966年，法国科学家Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发 现，当基质材料中掺入Yb3+ 离子时，Er
3+、
Ho3+和 Tm3+离子
在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正 式提出了“上转换发光”的概念。
5
1.2
20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温度)，掺 杂 Er3+ 后， CaF2 晶体中上转换发光效率高达 25% 。
年份 上转换材料 温度 泵浦 上转换发光
1989 1989 1990
7
1.3
近几年来，纳米材料的小尺寸效应、高比表面
效应、量子效应等优点使纳米材料成为稀土离子上
转换发光领域中一个新的研究热点，尤其是镧系掺
杂发光材料的研究最多 。
大量文献报导了镧系掺杂发光氧化物、复合氧
化物、氟化物等微粒的合成与光谱性能研究。
8
2、镧系掺杂发光纳米微粒的组成
9
2.1 上转换发光材料的组成