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稀土纳米晶用于近红外区活体成像和传感研究进展

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化学学报 2019年第12期77卷 1239-1249页

作者：熊麟凡勇张凡复旦大学化学系聚合物工程国家重点实验室

稀土纳米晶具有丰富的激发和发射波长,良好的化学和光稳定性、大Stokes位移等特点.近年来,稀土纳米晶在生物活体成像与传感领域的应用研究取得了迅速进展.通过纳米尺度的材料设计与合成,可以对稀土纳米晶的荧光效率、波长、寿命等光学性... 详细信息

稀土纳米晶具有丰富的激发和发射波长,良好的化学和光稳定性、大Stokes位移等特点.近年来,稀土纳米晶在生物活体成像与传感领域的应用研究取得了迅速进展.通过纳米尺度的材料设计与合成,可以对稀土纳米晶的荧光效率、波长、寿命等光学性质,以及生物相容性、靶向性、响应性等生化性质进行精细调控,使其更好地适应于活体深组织的成像与分析.先概述活体荧光成像的技术特点与要求,然后介绍稀土纳米晶的一般组成、光学性质和荧光机理,随后详细讨论对稀土纳米晶光学和生化性质进行调控的方法,着重展示这些材料的设计和修饰在生物成像与传感领域的一些最新应用.通过总结最近的研究成果,期望能够为下一步的研究提供一些参考思路,以推进基于稀土纳米晶的生物成像与传感技术的临床转化和应用.

关键词：稀土纳米晶生物成像生物传感近红外荧光

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稀土纳米晶的上转换发光及其调控研究进展

中国科学：化学 2020年第11期50卷 1560-1574页

作者：董浩梅晟孙聆东严纯华北京大学化学与分子工程学院稀土材料化学及应用国家重点实验室北京大学-香港大学稀土材料与生物无机化学联合实验室北京分子科学中心北京100871 兰州大学化学化工学院兰州730000

稀土纳米晶的上转换发光具有近红外光激发、可见/紫外光或短波长近红外发射的特点,在微型激光器、超分辨光学成像、光遗传学、温度探测以及多通道成像等领域具有重要的应用.针对该类纳米晶的发光效率低、发光调控手段单一的问题,本文从... 详细信息

稀土纳米晶的上转换发光具有近红外光激发、可见/紫外光或短波长近红外发射的特点,在微型激光器、超分辨光学成像、光遗传学、温度探测以及多通道成像等领域具有重要的应用.针对该类纳米晶的发光效率低、发光调控手段单一的问题,本文从稀土纳米晶的组成、结构与上转换发光的关联出发,重点介绍了电、磁场、压力以及温度对上转换发光影响的研究进展.

关键词：稀土纳米晶上转换发光核壳结构温度高压光谱

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稀土纳米晶复合纳凝胶的制备及其性能研究

稀土纳米晶复合纳凝胶的制备及其性能研究

作者：梁东磊合肥工业大学

学位级别：硕士

水凝胶是一种由聚合物链和水组成三维网络结构的高分子材料,作为三维交联亲水聚合物网络的水凝胶能够在水中可逆地溶胀或解膨胀并且在溶胀状态下保留大量液体。所以水凝胶可以设计成具有可控的响应,随着外部环境条件的变化而收缩或膨胀... 详细信息

水凝胶是一种由聚合物链和水组成三维网络结构的高分子材料,作为三维交联亲水聚合物网络的水凝胶能够在水中可逆地溶胀或解膨胀并且在溶胀状态下保留大量液体。所以水凝胶可以设计成具有可控的响应,随着外部环境条件的变化而收缩或膨胀的材料。它们可以响应各种物理和化学刺激而进行显着的体积转变,其中物理刺激包括温度,电磁场、光、压力和声音,而化学刺激包括酸碱度、溶剂组成和生物分子。本文选用水热法制备了两种不同的稀土纳米晶,将它们作为无机材料填充到纳凝胶中,制备具有多重响应的复合纳凝胶,并且通过这种材料的自组装研究了胶体晶体的发光特性。本文的主要内容包括:1.采用水热法合成NaYF:Yb,Er稀土纳米晶,经3-苄基三硫代碳酸酯基丙酸(BSPA)修饰,制得功能化纳米晶体;以罗丹明6G(R6G)为母体荧光染料,经一系列反应合成罗丹明6G酰基邻羧基苯甲肼腙(R6GHA);将功能化纳米晶体与R6GHA分别构成荧光共振能量传递(FRET)的供体和受体,通过可逆断裂加成聚合(RAFT)和点击化学反应,合成复合纳凝胶NaYF:Yb,Er/PNIPAm-R6GHA。采用TEM、XRD、FTIR和DSC对产物的微观结构进行了表征;上转化荧光光谱(PL)研究了该复合纳凝胶对酸碱度变化、温度变化和不同金属离子种类的荧光响应行为,并对相关机理进行了探讨。结果表明,环境温度变化对复合纳凝胶的荧光发射有显著影响,在H或Hg作用下,复合纳凝胶中纳米晶和R6GHA之间会发生荧光共振能量传递;通过纳凝胶中纳米晶与R6GHA特征荧光发射峰比率强度的变化,可实现对Hg的检测。2.采用水热法制备了NaYF:Eu稀土纳米晶,通过盐酸丁烯胺修饰后,用过硫酸钾引发自由基聚合在其表面聚合PNIPAm壳层,制得NaYF:Eu-PNIPAm复合纳凝胶,再通过自组装成为胶体晶体。采用TEM、SEM、XRD和FTIR对复合纳凝胶的结构形貌进行了表征;DSC和DLS对产物的温敏特性进行了表征;光学照片展示了产物特殊的结构色;紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和荧光光谱研究了不同浓度复合纳凝胶自组装的胶体晶体在不同环境温度下温敏光学特性,并对相关机理进行探讨。结果表明,我们可以通过调节组装前复合纳凝胶的浓度,来改变胶体粒子堆积密度从而改变晶面距离,由光学变化研究其晶体结构。并且由PNIPAm壳层的热响应性质,温度变化引发胶体晶体结晶和熔化是可再现的。通过环境温度的变化,诱导胶体晶体中胶体粒子发生相转变从而改变晶体间距,这种变化引起荧光发射峰值强度的急剧改变。

关键词：稀土纳米晶纳凝胶汞离子探针自组装胶体晶体

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稀土纳米晶的近红外荧光生物成像设计和应用

中国医药生物技术 2023年第6期18卷 506-511页

作者：易子能刘璐何叶子龚德雁合肥工业大学食品与生物工程学院安徽230601 蚌埠医学院直属淮北人民医院/淮北市人民医院安徽淮北235000 国药集团国瑞药业有限公司安徽淮南232001

随着纳米技术的发展,研究人员开发了许多可应用于近红外(NIR)区域生物成像的多功能纳米复合材料。其中包括有机染料、量子点和碳纳米管等[1-2]。然而,这些纳米复合材料存在一些不足,如稳定性差、生物安全性低等。稀土纳米晶因其优异的... 详细信息

随着纳米技术的发展,研究人员开发了许多可应用于近红外(NIR)区域生物成像的多功能纳米复合材料。其中包括有机染料、量子点和碳纳米管等[1-2]。然而,这些纳米复合材料存在一些不足,如稳定性差、生物安全性低等。稀土纳米晶因其优异的荧光性能、较窄的发射带、较长的荧光寿命和稳定的化学性质而受到广泛关注[3-4]。

关键词：纳米复合材料纳米技术生物成像生物安全性稀土纳米晶碳纳米管荧光寿命近红外荧光

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稀土纳米晶的自组装调控研究

稀土纳米晶的自组装调控研究

中国化学会第29届学术年会

作者：孙聆东郑晓宇董浩严纯华北京大学化学与分子工程学院

稀土纳米晶的发光具有独特的优势,在成像、检测以及光转换器件等领域有着极大的应用潜力,引起了相关领域研究的广泛关注。本研究中,利用溶剂挥发诱导自组装的方法,获得了稀土上转换纳米晶NaREF4（RE=Y,Gd）和其它组装结构基元（CdSe和A... 详细信息

稀土纳米晶的发光具有独特的优势,在成像、检测以及光转换器件等领域有着极大的应用潜力,引起了相关领域研究的广泛关注。本研究中,利用溶剂挥发诱导自组装的方法,获得了稀土上转换纳米晶NaREF4（RE=Y,Gd）和其它组装结构基元（CdSe和Au纳米晶）组成的二元自组装超晶格。这些超晶格具有AlB2,NaCl,CaCu5型BNSL结构,AB2型BNSL单层结构或A2B3型BNSL双层结构等结构特征。利用透射电子显微镜并结合晶体结构模型,对得到的组装体结构和组装机理进行了研究。在此基础之上,对组装体中Au纳米颗粒调控NaREF4上转换发光性质的作用进行了初步研究。稀土纳米晶表面油酸分子在{110}晶面上的选择性吸附,导致组装结构中的纳米晶具有相同的晶体学取向。

关键词：稀土纳米晶自组装二元超晶格上转换发光

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稀土纳米晶的能量传递调控研究

稀土纳米晶的能量传递调控研究

“一带一路，引领西部发展”——2017年中西部地区无机化学化工学术研讨会

作者：孙聆东董浩李洋秦青松时朔严纯华北京大学化学院稀土材料化学及应用国家重点实验室

稀土纳米晶可通过Stokes或反Stokes发光过程,将紫外、可见甚至近红外能量的光子转换为低能量光子,或将近红外光转换为高能量光子释放,其中纳米晶的结构、稀土离子所处环境以及稀土离子间的能量传递对该稀土的发光产生重要影响。在反Sto... 详细信息

稀土纳米晶可通过Stokes或反Stokes发光过程,将紫外、可见甚至近红外能量的光子转换为低能量光子,或将近红外光转换为高能量光子释放,其中纳米晶的结构、稀土离子所处环境以及稀土离子间的能量传递对该稀土的发光产生重要影响。在反Stokes相关的上转换发光研究中,如何提高敏化剂离子向发光中心的有效能量传递对以及调控发光是重要的研究内容。本研究从能量传递与周围环境及离子的关系出发,通过稀土纳米结构的设计与制备,将能量传递限制于纳米尺度范围内,有效减小了能量耗散途径、提高了Tm3+或Er3+离子的多光子过程,并实现了上转换过程的激发调控以及同时具有下转换与上转换发光的稀土纳米结构,将稀土发光及应用研究拓展至近红外发光领域。稀土纳米晶的发光在生物成像、光致异构以及信息编码等领域有良好的应用前景。

关键词：稀土纳米晶上转换发光能量传递

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稀土纳米晶的尺寸调控及发光性质研究

稀土纳米晶的尺寸调控及发光性质研究

中国稀土学会2020学术年会暨江西(赣州)稀土资源绿色开发与高效利用大会

作者：常钰磊杨建龙王旺陈浩然解小雨涂浪平孔祥贵中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室

稀土发光材料在激光、照明显示、保密防伪、生物医学检测等领域表现出巨大的应用潜力。近些年,随着制备技术的进步、发光机理的进一步深入研究,稀土纳米发光材料也步入新的发展阶段。由于稀土纳米发光材料的发光效率与基质,发光中心所... 详细信息

稀土发光材料在激光、照明显示、保密防伪、生物医学检测等领域表现出巨大的应用潜力。近些年,随着制备技术的进步、发光机理的进一步深入研究,稀土纳米发光材料也步入新的发展阶段。由于稀土纳米发光材料的发光效率与基质,发光中心所处的格位及周围环境,尺寸、形貌等具有很大的相关性。因此在纳米尺度下,针对上述相关影响因素的精准调控和设计,提高其发光效率并拓展其功能应用,已经成为本领域的关注点。在本工作中,选用低声子的氟化物作为基质,采用热分解合成方法,通过Na/F调控,实现了从4-5 nm到100 nm的可控合成(图1),同时利用纳米材料在结构可控性方面的优势,设计稀土离子在多层核壳结构中的组分、浓度、掺杂位置等,从时间和空间上精准调控其激发态能量的迁移游走过程,实现其能量的最优化配置,获得材料发光效率的大幅提升。上述研究进展为开发高效发光的超小稀土纳米晶提供了新思路。

关键词：稀土纳米晶发光机理可控合成能量迁移

稀土纳米晶中羟基缺陷对发光性质影响研究及应用

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稀土纳米晶中羟基缺陷对发光性质影响研究及应用

中国稀土学会2021学术年会

作者：常钰磊李齐清涂浪平张宏孔祥贵发光学及应用国家重点实验室中国科学院长春光学精密机械与物理研究所范霍夫分子科学研究所阿姆斯特丹大学

缺陷是晶体结构中不可或缺的一部分,理想的完美晶体是不存在的。实际晶体中总是存在各种各样的缺陷,它们对于晶体的性质产生重要的作用。对于稀土发光材料,缺陷对稀土掺杂晶体中的发光性质同样产生至关重要的影响。在晶体合成过程中,由... 详细信息

缺陷是晶体结构中不可或缺的一部分,理想的完美晶体是不存在的。实际晶体中总是存在各种各样的缺陷,它们对于晶体的性质产生重要的作用。对于稀土发光材料,缺陷对稀土掺杂晶体中的发光性质同样产生至关重要的影响。在晶体合成过程中,由于缺陷产生的不可控性,使得研究缺陷等对于影响纳米尺度下的稀土发光性质工作较少。我们通过优化合成方法,发展干燥法可以有效排除晶体中的羟基类缺陷,大大提高了稀土掺杂纳米晶的上转换发光效率。在纳米晶体生长的过程中,我们定量控制羟基的引入,并通过蒙特卡罗模型来模拟稀土离子在羟基类缺陷影响下的发光动力学过程,从而可以系统性地研究羟基类晶体缺陷对稀土发光性质的影响1。此外,利用羟基类分子对上转换发光的猝灭效应,我们构建了可用于有机溶剂中痕量水检测的纳米荧光探针,检测灵敏度可达ppm级2。

关键词：稀土纳米晶上转换发光缺陷羟基蒙特卡罗模拟

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基于稀土纳米晶的发光共振能量转移研究

基于稀土纳米晶的发光共振能量转移研究

中国化学会第26届学术年会无机与配位化学分会场

＜正＞稀土纳米晶与其相应的体相荧光体类似,具有稀土离子的特征跃迁[1-3]。本文选择了YVO4:Eu、LaPO4:Ce,Tb,以及具有上转换发光特性的NaYF4:Yb,Er纳米晶等体系为发光共振能量转移（LRET）

关键词：稀土纳米晶给体受体共振能量转移