钆基配位聚合物上转换发光纳米粒子的微波合成及其生物应用

Safety, water-solubility and biocompatability are required for the bioapplication of nanoparticles. On the basis of the successful preparation of a series of rare earth carboxylic coordination polymer micro/nanostructures, this project aims to prepare uniform gadolinium-based carboxylic coordination polymer and their core/shell structures with excellent upconversion properties employing microwave heatiing.The effects of various conditions on the preparation and the formation mechanism will be studied.The effects of the size and morphology of the product and the formation of core/shell structure on the properties will be investigated. Their maganetic properties will also be explored. Biosafety of the products will be tested and evaluated.Their bioapplications such as fluorescence imaging andmagnetic resonance imaging will be explored. This may solve the difficulties, water-solublity and biocompatablity, that inorganic upconversion nanoparticles are facing. Furthermore, it may provide a way for the preparation and application of other coordination polyer nanomaterials. This work is of theoretical and applicable importance.

安全性、水溶性和生物相容性是纳米材料的生物应用必备的条件。针对无机上转换纳米粒子在生物就用中存在的水容性和生物相容性不好等缺点，利用羧酸配位聚合物生物相容性好的优点，在成功制备系列稀土羧酸配位聚合物微/纳米材料的基础上，本项目旨在用微波法合成尺寸均匀、多功能的钆基羧酸配位聚合物上转换发光纳米粒子及其核壳结构。考察各因素对材料合成的影响，找出其可控合成的规律。对材料的上转换发光性能及其机理进行研究，考察材料的尺寸、形貌、核壳结构的形成等对其性能的影响。同时，对其磁学性能进行研究。对其生物安全性进行测试和评价，探索其生物应用，如荧光成像、磁共振成像等，通过改变反应条件等获得适合于生物应用的材料。有望解决传统无机上转换发光纳米粒子水溶性和生物相容性等问题，不仅可能获得系列新型的生物应用材料，并为其它配位聚位聚合物纳米材料的合成提供理论依据和指导，具有很好的理论研究意义和实际应用前景。

安全性、水溶性和生物相容性是纳米材料的生物应用必备的条件。针对无机纳米粒子水容性和生物相容性不好等缺点，研究选取吡啶-2,5-二羧酸、以二乙烯三胺五乙酸为配体、天门冬酰胺、尿囊素等几种有机羧酸配体，用微波法和溶剂热法成功制备了系列具有上转换发光性能的钆基配位聚合物微/纳米材料及其核壳结构，并拓展到其它稀土元素配位聚合物微/纳米材料的制备。研究表明，配位聚合物纳米粒子具有较好的生物相容易性，有望在生物应用中得到应用。主要包括以下几方面的研究内容：.(1)以吡啶-2,5-二羧酸为配体，用微波法快速制备了Yb, Er共掺的粒径在400 nm左右的钆基配位聚合物超微球。当用980 nm激光激发时，在675 nm左右有较强的发射。进而我们用这种方法制备了其它稀土的吡啶-2,5-二羧酸配位聚合物超超球，结果显示所得材料的尺寸在100-400 nm之间。进而将超微球在不同气氛中煅烧，制备了其氧化物、氮化物等，详细研究了其煅烧机理。.(2) 以二乙烯三胺五乙酸为配体，用混合溶剂热法制备了粒径均匀、尺寸大小约为300-500 nm的钆基上转化空心纳米球。细胞毒性测试表明所合成的材料具有较低的细胞毒性。磁共振造影响研究结果表明MRI信号强度在浓度为0-1 mg/mL时呈现出连续增强的趋势。.（3）以天门冬酰胺为配体，钇作为基质离子，通过简单的溶剂热法合成了尺寸在100-200 nm的具有上转换发光的纳米粒子。在980 nm的红外激光激发下，纳米粒子可在675纳米左右发光。细胞毒性测试表明配位聚合物纳米粒子具有较低的细胞毒性，当粒子的浓度为 150 ug/ml时，细胞的存活率仍为98%。.(4)以尿囊素为配体，合成了具有单峰发射上转换发光的纳米粒子。粒径约为50 nm，且粒度均匀，在水中具有较好的分散性. 在980 nm的红外激光激发下，在675 nm处有较强发光。细胞毒性测试表明，所得材料具有较低的细胞毒性，当粒子的浓度为 100 ug/ml时，细胞的存活率仍为90%。.(5) 以尿囊素为配体，制备了钆基配位聚合物上转换发光核/铕基配位聚合物下转换壳的核壳结构纳米粒子。测试表明核是由粒径大概为45 nm均匀的纳米球组成，核壳结构的粒径增加到大概60 nm。在波长为980 nm红外光的激发下，核壳结构的上转换发光强度比前驱体核的发光强度强。