贵金属/稀土氟化物核壳结构纳米发光材料的设计、制备与性能研究

荧光探针对于多种重大疾病的临床诊断和影像学研究有重要的作用，开发新型高灵敏度的荧光探针已成为化学 、材料学、生命科学以及医药学领域的研究热点之一。本项目将贵金属、稀土氟化物纳米发光材料和生物荧光探针相结合，提出以贵金属Au或Ag为核，以稀土氟化物发光材料为壳，设计合成出具有生物相容性的球形和一维核壳结构的新型Au(Ag)/ (Y,Gd)F3: RE3+(RE=Eu,Tb,Yb/Er)/SiO2纳米复合发光材料，表征其微观结构和光谱特性，研究核壳结构界面之间的相互作用机理以及表面态的情况，研究不同形貌的贵金属核芯材料对复合材料发光性能的影响及作用机理。通过对溶剂、表面活性剂、包覆层反应物浓度的设计和复配，达到具有可控壳层厚度的核壳结构复合材料，实现对合成的核壳结构纳米材料的表面结构及物性的有效调控。该复合纳米发光材料将在荧光探针、磁靶向药物和共聚焦显微技术中有广阔的应用前景。

贵金属纳米粒子与稀土纳米发光材料组成的核壳结构复合纳米材料，由于其独特的物理和化学特性，使得其在药物传输、DNA序列检测、疾病诊断与治疗、荧光探针与生物成像等生物医学领域中具有广泛的应用前景，成为人们日趋研究的重点。而且贵金属和发光材料在光学性能方面的相互作用的研究对于合成高效发光材料将具有重要的借鉴作用。本项目以贵金属Au和Ag纳米粒子、纳米线为核，以稀土氟化物上、下转换发光材料为壳，以SiO2为隔离层和包覆层，合成了一系列核壳结构复合材料。采用液相法及水热法制备了球形Au纳米粒子、Ag纳米球和纳米线，再利用直接沉淀法及水热法成功制备了Ag@SiO2/YF3:RE3+(RE=Eu/Ce,Tb)、Ag@SiO2/CeF3:Tb3+、Ag/YF3:Eu3+ 、Ag@GdF3:Er3+,Yb3+、Ag@GdF3:Er3+,Yb3+@SiO2、Ag@SiO2@ GdF3:Er3+,Yb3+、Ag@SiO2@GdF3:Er3+,Yb3+@SiO2、Au@SiO2@YF3:RE3+(RE=Ce,Tb,Yb/Er)、以及一维的Ag@YF3:Eu3+，Ag@SiO2@YF3:Eu3+，Ag@SiO2@YF3:Er3+/Yb3+，Ag@PS@YF3:Eu3+核壳结构纳米发光粒子，并采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、FTIR以及荧光光谱等多种测试手段对其结构和发光性能进行了表征。通过改变TEOS的量以及稀土硝酸盐的量等实验条件可以有效的控制SiO2层的厚度与稀土壳层的厚度，进而对其发光性能进行调控。测试结果表明：贵金属与发光材料直接接触对发光材料的发光起到猝灭的作用。SiO2作为隔离层时，贵金属的引入可以增加上、下转换发光材料的发光强度，增强的程度与SiO2隔离层的厚度有关。最外层包覆SiO2层可提高核壳结构纳米粒子的稳定性，水溶性以及生物相容性，使其能够更广泛的应用于生物医学等相关领域。