新型双功能磁/光纳米复合材料的合成与性能研究

Bifunctional magnetic/luminescent nanocomposite is one of research hotspots in the world, which has present potential applications in the field of biology, such as magnetic resonance imaging, drug delivery, cell sorting and biomarkers. In this project, we combine the biocompatible PMMA, superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles and lanthanide complexes of excellent luminescence to construct novel bifunctional magnetic//luminescent nanocomposite. Among them, the magnetic Fe3O4 nanoparticles as core were coated in the PMMA nano-spheres, and the luminescent lanthanide complexes were covalently grafted onto the PMMA network. The properties of these materials are carefully optimized by the modulation to their structures, composition and luminescence. This study will provide a preliminary experimental basis and theoretical model for the application of this kind of material in the field of drug delivery carrier and biological imaging technology, which is of great significance to further advance the study of lanthanide fluorescent materials, and to turn rare earth resource advantages in our country into technical and economic ones.

磁/光双功能纳米复合材料成为国际前沿热点课题之一，在生物领域，例如核磁共振成像，药物传输、细胞分选和生物标记等方面有广泛的应用前景。在本项目中，我们结合了PMMA的生物相容性、Fe3O4纳米粒子的超顺磁性和稀土配合物优良的发光性能，合成了具有不同构型的新型双功能磁/光高分子纳米复合材料。其中，磁性Fe3O4纳米粒子作为核被包覆于PMMA纳米球中,发光稀土配合物则共价嫁接于PMMA网络中。通过对它们的物质结构、化学组成以及光学性质进行合理调控，实现材料性能的优化，为该类材料在药物缓释载体及生物成像技术等领域的应用提供初步的实验基础和理论模型。这对于进一步推进稀土荧光材料的研究，将我国的稀土资源优势转化为技术和经济优势，具有十分重要的现实意义。

稀土化合物具有优越的光学、电学和磁学性质，使其在光纤通讯、激光系统、生物分析传感器及生物成像等方面的应用价值日渐突显,引起了研究者们的极大关注。但是，稀土有机配合物本身的光、热稳定性较差，需要将其负载到一定的基质中提高其物理、化学性能。在本项目的研究中，通过选择有机改性的高分子聚合物PMMA以及类高分子MOFs材料作为基质，成果合成了一系列结构新颖、性能优良的多功能复合材料，初步研究了这些材料在光学器件、荧光检测等方面潜在的应用价值。（1）其中，基于Eu3+掺杂的PMMA复合材料其荧光效率为18.5%，达到了同类材料的研究水平。（2）同时，通过将稀土离子与不同的MOFs基质相结合，得到了两类不同的荧光复合材料。其中一类原位合成的材料作为荧光探针对Cu2+和Fe3+的检出限为18.3ppm和12.2ppm，其非线性光学系数为KH2PO4的2倍。而利用后合成的方式得到的主客体材料对水溶液中重铬酸根的检测下线为0.19 µM，远远低于美国EPA规定的检测限。本项目的研究对于进一步推进稀土荧光材料的研究，将我国的稀土资源优势转化为技术和经济优势，具有十分重要的现实意义。.在项目研究过程中，累计发表SCI检索论文8篇，培养硕士研究生4名。