单分散光/磁双功能稀土纳米晶的可控制备及其光磁性质研究

稀土纳米材料由于其独特的上转换发光性质和本征磁性质，使其在生物光/磁双模成像即荧光成像及磁共振成像方面具有重要的应用价值，逐渐成为研究的热点。而实现生物光/磁双模成像的关键是制备出高均匀、单分散和结构及性能可控的光/磁双功能稀土纳米材料。 因此，本课题提出一种简单的镧系掺杂方法来构建具有光/磁双功能性的NaLnF4（Ln=Y, La, Gd, Yb, Lu）稀土纳米晶，通过系统研究反应参数及镧系离子掺杂对纳米晶结构的影响，揭示掺杂诱导纳米晶结构变化的规律，掌握最佳的反应参数及掺杂离子种类和浓度，实现纳米晶结构的控制；通过系统研究纳米晶结构对光、磁性质的影响，阐明结构与性能的关系，优化纳米晶的光/磁性能。最终设计出一系列性能优异且结构可控的光/磁双功能纳米晶，为后期的生物成像应用奠定良好基础。

稀土上转换纳米材料由于其优异的光和磁性质，而被认为是新一代生物多模式成像纳米探针的理想材料，在生物医学成像及疾病早期诊断方面具有重要的应用价值，逐渐成为研究的热点。然而实现生物光/磁双模成像的关键是制备出高均匀、单分散和结构及性能精确可控的光/磁双功能纳米材料。 因此，本项目以稀土纳米材料的生物多模式成像应用为背景，构建具有水溶性的光/磁双功能性稀土纳米材料，系统研究反应参数与结构的关系，结构与光、磁性质的关系，揭示掺杂诱导的结构变化规律，实现光/磁双功能稀土纳米材料的结构控制及性能调控，通过表面修饰获得结构及性能可控的水溶性纳米探针。为后期的生物应用提供结构稳定和性能优异可控的成像材料。经过三年的努力，我们取得了如下研究成果：. (1) 采用简单的镧系掺杂的方法，构建了一系列基于LaF3及NaLnF4((Ln=Lu, Yb, Gd, Y)体系的高质量，单分散的光/磁双功能纳米材料，系统研究了反应参数对纳米晶结构的影响，发现高F离子浓度有利于形成一维六角相纳米材料。提出了基于自由能的晶相调控机制。并深入研究了镧系离子掺杂对纳米晶结构的影响，通过掺杂Gd3+，实现了NaLnF4体系纳米材料的晶相，形貌及尺寸的同时控制。为制备结构精确可控的纳米材料提供了简单的方法。. (2) 我们进一步采用过渡金属Mn2+ 掺杂，利用Mn2+和稀土离子间有效的能量传递实现了NaLnF4:Yb/Er (Ln=Lu, Yb, Gd) 体系纳米材料的结构和颜色的同时调制，在单一镧系掺杂组分中实现了颜色调控，及红光发射，并显著提高了该体系纳米材料的上转换发光强度。为构建高效强红光发射的稀土荧光纳米探针提供了简单的方法，有利于实现生物活体的深组织成像，能提高光学探针用于疾病检测的灵敏性。. (3) 通过一步水热合成及加入适当的表面活性剂，初步构建了一系列具有优异光磁性质的NaLnF4及BaLnF5体系水溶性纳米材料，实现了光学上转换生物成像以及磁共振成像，并利用稀土元素大的X-射线吸收系数，成功实现了活体CT成像。