多糖类生物大分子/稀土复合功能材料的制备与发光性能研究

本项目采用自然界中大量存在的多糖类生物大分子为主体材料制备新型的稀土复合发光材料。该类材料在生物分析、荧光探针、生物传感器等领域具有潜在的应用价值。海藻酸钠、壳聚糖等多糖类生物大分子具有生物可降解性、生物相容性等多种独特性质，它们与稀土离子优良的发光性能的结合为制备新型环保型复合功能材料提供了可能。这类材料的制备采用"绿色化学"的合成路线。利用多糖类生物大分子的多种有机官能团（羧基、羟基、氨基等）对材料实施修饰和改性，从而达到在分子层面对材料的性能加以调节。通过引入能与稀土离子配位的有机基团，提高该类复合发光材料的能量传递效率，从而达到提高稀土离子的发光性能的目的。利用不同稀土离子的掺杂以及生物大分子和修饰基团本身固有的发光特点，将实现材料发光颜色在可见区到红外发光区的可调。材料的机械稳定性以及热稳定性还可以通过二氧化硅纳米粒子的修饰来提高。

稀土有机/无机复合材料近年来成为材料科学中备受关注的研究领域。但是这类材料中无机基质一般都选用二氧化硅，使其在生物成像等方面的应用受到诸多限制。为了提高这类材料的发光性能，通常需要把稀土配合物与基质通过共价键合的方式连接在一起，这对合成技巧也提出了挑战。人们也尝试选用一些高分子基质制备稀土/高分子复合材料，但是考虑到生物相容性的问题，这类材料的应用也存在很大的局限性。.多糖类生物大分子/稀土复合功能材料为解决这类问题提供了可能。与传统的二氧化硅基质以及高分子基质相比，天然多糖类生物大分子最大的特点就是具有良好的生物相容性。同时这类生物大分子具有的各种功能团提供了多种多样的化学修饰可能性，从而使得这类生物大分子成为发展新型复合功能材的理想主体材料。.本项目的主要工作是选取多糖类生物大分子为主体材料，以稀土离子和稀土化合物为发光中心，制备出新型的稀土复合发光功能材料，重点是把发光稀土配合物以共价键的方式键合到多糖主体材料，提高材料的发光性能以及稳定性，为该类材料在生物测试领域的应用提供可能。我们制备了海藻酸钠/稀土离子复合材料，考察它们发光性能；采用物理掺杂方法制备壳聚糖/稀土化合物复合材料以及海藻酸钠/稀土化合物复合材料；对壳聚糖进行有机改性，尝试用共价键嫁接的方法把稀土化合物引入壳聚糖；合成了一些新的双二酮配体以期制备新型稀土化合物；成功制备了共价键合型海藻酸钠/稀土复合材料。.本项目最重要的结果是我们探索出了一条非常简便易行的合成方法，把稀土铕β-二酮配合物以共价键的方式键合到海藻酸钠大分子中，尤其值得注意的是反应可以在常温常压下的水溶液中进行，这极大地简化了合成步骤。所获得的材料经过各种有机溶剂充分洗涤，几个月后仍然表现出良好的发光性能。我们还成功地制备出了含稀土铽配合物的绿色发光复合材料，值得注意的是这类材料的水溶胶表现出良好的的发光现象，这为该类材料在生物体内的潜在应用提供了可能。.在本项目研究基础之上，我们有希望开辟多糖/稀土复合发光材料的一个新领域。把天然多糖生物大分子与稀土的优异发光性能结合起来，为稀土发光材料在生物探测以及生物成像等领域的应用提供了极大的可能。这方面的研究工作为我国稀土资源的充分利用有可能提供一个崭新的途径。另外，据我们最新的检索发现，国内外目前在这方面的研究还尚未见报道，因此在这方面进行更加深入的探索研究是非常有意义的。