离子液体辅助合成稀土上转换发光纳米晶及其生物标记研究

The development of alternative biological luminescent labels through the use of up-converting rare-earth nanophosphors (UCNPs) has attracted a tremendous amount of attention. In the project, microwave-, hydrothermal- or ultrasound-assisted ionic liquid method are used to synthesize high-quality (high purity, small particle size, monodisperse, uniform, controlled morphology, high luminous efficiency, good watersoluble and biocompatible) UCNPs for the application as luminescent labels into biological fields. The main object of study include Yb3+/Er3+/Tm3+/Ho3+doped rare earth fluoride, oxide, phosphate, calcium fluoride and so on. The relationship between nanocrystal size/morphology and different energy (microwave, ultrasonic and hydrothermal), different precursor or different functionalized-ionic liquid are studied in detail. The mechanism of the ionic liquid, microwave, ultrasonic and hydrothermal for the formation of inorganic nanocrystalline is also discussed. We optimize the reaction conditions (energy, power, temperature, time, solvent, acidity and organic additives, etc.) to get the controlled synthesis of materials and develop the common way in liquid phase synthesis of rare-earth compounds nanocrystalline. We discuss the relationship between synthesis conditions, size, morphology and luminescent property, also study the up-conversion luminescence properties indepth. Through surface modification, toxicity assessment, metabolic analysis and fluorescence labeling experiments, the good fluorescent labels indicators are found and applied in the field of biological labels.

作为新一代生物荧光标记物，稀土上转换发光纳米晶受到了人们广泛的关注。本项目拟采用离子液体结合微波、水热及超声等合成技术制备适合荧光标记用高质量（纯度高、粒径小、单分散、均一、形貌可控、发光效率高、水溶性和生物相容性好）稀土上转换发光纳米晶。研究对象包括Yb3+/Er3+/Tm3+/Ho3+离子掺杂的稀土氟化物、氧化物、磷酸盐、氟化钙等；研究不同能量给予方式(微波、超声及水热)、不同反应物前躯体及不同功能化离子液体与纳米晶尺寸形貌的关系；研究离子液体、微波、超声和水热在纳米晶形成中的机制；优化反应条件（功率、温度、时间、助溶剂、酸度及有机添加剂等），实现材料可控合成，发展稀土化合物纳米晶液相合成通用途径；探讨合成条件、尺寸形貌与发光性能的关系，深入研究其上转换发光性质；通过对稀土上转换发光纳米晶进行表面修饰、毒性评估、代谢分析及荧光标记实验，筛选出良好的荧光标记物并在生物标记领域得到应用。

材料是人类社会文明和发展的物质基础，材料的开发和应用对人类社会进步起着极为关键的作用。近年来，由于其在照明、显示及生物标记领域中的重要应用价值，稀土发光材料受到了人们的广泛关注。本项目主要以氟化物、氧化物、磷酸盐、钼酸盐、钨酸盐、碳酸盐等稀土功能化合物为研究对象，探索了湿化学法合成高质量微纳米晶的新途径以期实现对材料的可控合成。采用镧系离子Ln3+掺杂实现上/下转换发光，通过对结构与掺杂方式的调整，实现了对单分散稀土微纳米晶发光性质的调控；并探索了维度限制条件下的能量传递过程及尺寸效应。.我们成功制备了六方相NaTbF4：Eu3+，单分散，大小均一，实现了在单一基质中可调的丰富发光颜色（绿---红）。利用水热结合后续煅烧处理的方法制备了具有{001}面的新型巧克力状Sc2Mo3O12微晶。作为良好的基质材料，Sc2Mo3O12可以成功实现多种镧系离子Ln3+（Ln = Tb，Eu，Tb/Eu，Yb/Er，Yb/Ho，Yb/Tm）的掺杂，从而实现多色可调的下/上转换（DC / UC）发光性质。通过简单的溶剂热法制备了单分散的ScF3和NaScF4微纳米晶。研究发现Na / F /（Sc + Ln）的摩尔比和Ln3+离子掺杂的浓度会决定产物的物相、形貌及尺寸。利用简单的一步水热法在不使用任何模板或表面活性剂的条件下成功合成制备了具有可控形态的均匀的NaTb(MoO4)2微晶。由于MoO42-和Tb3+/Na +之间的相互强静电作用，产物呈现出双锥体→截角双锥体→准立方体→四方片的形态变化。利用水热法结合后续煅烧处理成功制备了微球状的Tb2(MoO4)3荧光粉。Tb2(MoO4)3:Eu3+荧光粉表现出优异的发光特性，具有丰富可调的发光颜色（绿 - 黄 - 红）。这些稀土化合物材料在照明、显示及生物应用等领域有着重要的应用意义。.