多功能水溶性上转换复合纳米材料的组装与发光性能研究

Biomedical imaging technology is the most important tool and research interest of modern medicine and molecular biology for bio-vivo study. It is crucial for disease detection, analysis and early prevention. The major bottleneck restricting the development of the field is the interference of biological tissue fluorescence and luminous intensity of labeled probe materials. Based on the unique upconversion luminescence of rare earth materials, this project investigates the properties and application of rare earth fluoride based upconvertion materials, develops the green synthetic approach for monodisperse rare earth fluoride nanocrystals. Around high fluorescence intensity of the rare earth upconversion luminescence materials under the low excitation density, the project also includes the preparation of multi-functional upconverting composite nanomaterials and their applications for bioimaging. The number of luminescence centers or energy transfer efficiency will increased effectively by inner/outer introducing the functional materials, thus enhancing the fluorescence intensity. The results of research project will regulate the integration of the different component functions, and provide a new and efficient upconversion material system for the bio-imaging applications.

生物医学成像技术是现代医学和分子生物学上生物活体研究最重要的工具与研究热点，它对于疾病的检测、分析与早期预防十分关键。当前制约该领域发展的主要瓶颈在于生物组织自身荧光的干扰以及荧光标记中探针材料较低的发光强度。基于稀土发光材料自身独特的上转换发光特性，本项目拟选择具有上转换发光的稀土氟化物材料作为研究对象，发展单分散稀土氟化物纳米晶材料的绿色合成方法。围绕在低功率密度激发下水相中稀土上转换发光材料的高荧光强度，本项目还提出开展多功能稀土上转换纳米结构材料的绿色制备与生物活体标记研究。通过在纳米晶内/外部引入功能化材料，有效增加发光中心的数量或能量传递的效率，提升上转换材料的荧光强度，调控不同组分功能的集成，推动其在生物医学领域的应用。

本项目的研究工作一直专注于生物医学成像的稀土氟化物纳米荧光探针的绿色制备与荧光特性的研究，特别是双功能/多功能水溶性氟化物纳米材料的可控制备。利用微波辅助加热法合成了水溶性、单分散镧系掺杂的Y(Gd)VO4纳米晶，考察反应条件对样品分散性及荧光性质的影响，分析稀土离子的掺杂与材料功能间的关系，并构建荧光、CT和磁共振生物成像多模生物探针。为满足上转换生物荧光探针在实际应用中的需要，设计合成尺寸小于30nm的氟化物纳米晶，并通过不同稀土离子的掺杂，成功实现上下转换发光性质。在其他体系，合成基于组氨酸合成无毒氮掺杂碳量子点，较小的尺寸、荧光量子效率高且具有良好的生物相容性，是生物荧光探针的良好选择。.项目负责人作为通讯联系人，发表标注本项目SCI研究论文7篇，其中包括ACS Appl. Mater. Interfaces，Adv. Sci.等；作为第二作者发表标注本项目SCI研究论文1篇。