稀土上轉換納米材料的制備及其生物醫(yī)學中的應用.pdf

1、近年來，隨著納米科學與技術的發(fā)展，稀土元素摻雜的上轉換發(fā)光納米材料作為一種新型的生物標記物在生物醫(yī)學領域的應用倍受人們關注。與傳統的熒光標記物(如有機熒光染料、量子點等)所不同，上轉換發(fā)光納米材料的激發(fā)光為紅外光，可以有效避免生物體自發(fā)熒光的干擾，從而提高檢測的靈敏度及信噪比。紅外光對生物組織具有良好的穿透能力，對生物樣品造成光損傷也較小。另外，上轉換納米材料還具有毒性低、穩(wěn)定性好、發(fā)光強度高等優(yōu)點，在生物標記和生物檢測等領域有著非常好

2、的應用潛力。因此發(fā)展這類材料的可控合成新方法及其表面修飾技術，具有十分重要的理論研究價值和現實意義。
　　本論文的研究內容包括兩部分，第一部分是運用稀土元素三氟乙酸鹽熱分解的方法制備了多種形貌、不同粒徑、不同基質的雙離子摻雜稀土上轉換發(fā)光納米材料。第二部分是將制備的油溶性稀土上轉換發(fā)光納米材料進行表面改性，建立了改性蛋白連接生物大分子修飾上轉換發(fā)光納米材料的方法，并用于細胞毒性試驗。主要研究內容如下：
　　1.六方相晶型結構

3、的NaYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒的合成及表征。以稀土元素的三氟乙酸鹽為前驅體，利用熱分解法在油酸(OA)/油胺(OM)/十八烯(OME)的混合液相體系中合成了平均粒徑20nm左右，具有良好上轉換熒光性能的六方相NaYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒。并通過X射線衍射(XRD)，透射電子顯微鏡(TEM)，熒光光譜觀測等途徑考察了溫度、時間以及溶劑比例等反應條件對納米顆粒的粒徑、形貌以及發(fā)光強度等性能的影響。得到合成NaYF4:Yb，E

4、r上轉換納米顆粒的優(yōu)化條件是:反應溫度為310℃、反應時間為1.5h、溶劑配比為OA:OM:OME=1:1:2。
　　2.四方相八面體晶型結構的LiYF4:Yb,Er上轉換納米粒子的合成及表征。以稀土元素的三氟乙酸鹽為前驅體，利用熱分解法在油酸/油胺/十八烯的混合液相體系中合成了粒徑均一、形貌規(guī)則、上轉換熒光強度高的LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒。利用熒光光譜儀對相同濃度下的NaYF4:Yb,Er和LiYF4:Yb,Er上轉

5、換納米顆粒的熒光性能進行了研究。在波長為980.0nm連續(xù)激發(fā)光的激發(fā)下，觀測到了源于2H11/2-4I15/2和4S3/2-4I15/2能級躍遷的綠色上轉換熒光發(fā)射、4F9/2-4I15/2能級躍遷的紅光發(fā)射和2H9/2-4I15/2能級躍遷所產生的微弱紫光發(fā)射。通過分析Yb3+/Er3+共摻的LiYF4納米顆粒的上轉換發(fā)光機理以及基質對上轉換熒光性能的影響，結果表明：LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒明顯地增加了Er3+離子作為激

6、發(fā)劑在550 nm處的上轉換熒光強度，具有更好的熒光性能。
　　3. LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒的表面修飾及生物應用。本文成功的制備了羧基化改性的牛血清白蛋白(DBSA)，并通過取代LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒表面包覆的油酸分子來進行表面親水性修飾。將油溶性的上轉換納米顆粒轉變?yōu)樗苄缘募{米顆粒后，又進一步和氨基化的聚乙二醇(mPEG-NH2)生物分子連接來擴展其生物相容性。通過TEM、熒光光譜儀和傅立葉變換紅外

7、光譜儀(FTIR)的觀察和分析得出：LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒成功的修飾上羧基化的DBSA，并連接上mPEG-NH2生物分子。采用MTS細胞毒性試劑盒利用子宮頸癌細胞系Hela細胞來測試修飾后的LiYF4:Yb,Er上轉換納米顆粒的細胞毒性，通過酶聯免疫檢測儀檢測記錄細胞在490nm波長處的光吸收值，來反映活細胞數量進而考察納米顆粒的細胞毒性，證明修飾后的納米顆粒在不同時長的條件下都顯示出較低的細胞毒性。研究表明：經過表面修飾