上轉換NaYF4-金屬復合納米材料的合成及其性能研究.pdf

1、稀土摻雜的上轉換納米材料，具有用近紅外光激發(fā)而發(fā)射多色可見光的特殊性能，被人們廣泛地應用到生物醫(yī)學、疾病診斷、激光技術、光纖通訊等領域，引起了學者們的極大關注。以NaYF4為基質(zhì)材料的稀土摻雜上轉換納米晶，是目前應用最廣泛、發(fā)光效率最高的材料。目前，雖然在非極性溶劑中已經(jīng)能合成形貌規(guī)則的NaYF4納米晶，但這些納米晶具有疏水性表面，在生物應用中存在相容性等問題，成為技術上發(fā)展的阻礙。用簡單的水溶液法來制備高質(zhì)量、且具親水性表面的稀土上轉

2、換納米材料，非常具有挑戰(zhàn)性。另一方面，由于單一的上轉換材料僅具有熒光功能，如何與其他功能材料進行有機復合，形成多功能納米材料，以滿足不同領域的需求，也是當前需要解決的一個問題。
　　金屬納米材料擁有特殊的等離子共振性能、超強的穩(wěn)定性和生物相容性，已被廣泛地應用于醫(yī)藥、能源、催化、電子和生物等領域。將貴金屬與稀土上轉換納米顆粒相結合，是近幾年學者們最感興趣的研究領域之一。當稀土上轉換材料被金屬納米材料表面修飾后，一方面，上轉換材料的

3、生物相容性得到了改善，滿足了生物應用的需要;另一方面，金屬材料可以有效地通過等離子共振來提高材料的熒光性能。這種復合材料有望在多個領域得到更廣泛的應用。但如何制備高質(zhì)量的上轉換/金屬復合納米，依然是一個挑戰(zhàn)。
　　本論文介紹了一種便利的表面改性和材料復合的方法，可在稀土上轉換納米材料的表面進行改性、再直接復合金屬納米材料在其殼層。首先，為了使獲得的材料具有較高的生物相容性，我們通過水熱碳化葡萄糖溶液的方法，對疏水性的NaYF4:Y

4、b，Er納米顆粒進行了表面改性，制備出具有核殼結構的親水NaYF4:Yb，Er@C納米晶。這種改性方法，不僅將上轉換顆粒的疏水性表面轉換成了親水性表面，而且使其表面擁有了豐富的官能團（如羥基和羧基），滿足了材料嫁接各類生物分子的需要。我們也研究了葡萄糖的濃度、表面活性劑的量等因素對包覆顆粒形貌的影響，探索了控制C殼層厚度的方法。
　　其次，我們在已獲得的親水性NaYF4:Yb，Er@C納米結構的基礎上，提出了一種制備NaYF4:Y

5、b，Er@C@Au和NaYF4:Yb，Er@C@Ag復合材料的方法。我們利用C層（碳水聚合物）的特殊結構，成功把Au/Ag納米顆粒修飾到C層上。其中，Au納米顆粒修飾的NaYF4:Yb，Er@C復合材料，可以通過改變金屬離子的電性，來實現(xiàn)Au裹覆在顆粒表面和Au嵌入在顆粒殼層內(nèi)兩種結構，即外裹型和內(nèi)嵌型。通過調(diào)節(jié)Au納米顆粒的數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)上轉換顆粒的不同發(fā)光峰強度的調(diào)控。另外，我們還測試了材料的細胞相容性和其在細胞成像上的應用。結果顯

6、示，這種復合的納米結構，在生物成像、熒光檢測等方面有著潛在的應用前景。使用Ag納米顆粒修飾的NaYF4:Yb，Er@C復合材料，我們實驗發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)殼層的厚度或Ag顆粒的量，來實現(xiàn)吸收曲線的紅移，紅移的范圍可以到達近紅外區(qū)域。這種特性的復合材料，在光熱治療等生物醫(yī)學領域?qū)⒂休^好的應用前景。
　　此外，我們還開發(fā)了一種制備親水性NaYF4納米棒的簡單方法。在這種方法中，我們使用疏水性NaYF4納米微球作為前驅(qū)體，通過表面活性劑輔