水溶性REF3 (RE = Y,Gd)-KF体系上转换发光纳米材料合成及其生物应用

The rapid development of life science depends greatly on the applications of new technology and new method. Up-conversion luminescent nanomaterials have attracted great attentions for they can convert infrared light into visible light and have become a hotspot in biological applications. The research of up-conversion luminescent materials mainly focuses on the NaMF4 (M = Y3+, Gd3+) host materials, however, another kind of important alkaline fluoride KMF4 (M = Y3+, Gd3+) has received little attention. The YF3-KF, GdF3-KF system materials have a variety of compounds. Based on the material, the medicine, and the cell biology sciences, the project has the plan to synthesize series of up-conversion luminescent Yb3+/Tm3+, Yb3+/Er3+ doped YF3-KF, GdF3-KF system nanomaterials under the same or similar synthetic conditions by using a pot of hydrothermal method or a solvothermal method, and compare the final products, the morphology, the optical properties, the water-solubility, and so on. On the biological applications of up-conversion luminescent nanomaterials, the project has the plan to carry out the research of cell imaging in vitro and mouse imaging in vivo, solve the special detection of tissue and the sensitive imaging in vivo of the up-conversion luminescent nanomaterials and some other scientific problems, and build a specific diagnosis detection system of breast cancer organization in vivo.

生命科学的飞速发展离不开新技术新方法的应用。上转换发光纳米材料由于能将近红外光转换成可见光而倍受青睐，在生物应用上成为研究热点。上转换发光材料研究大多局限于NaMF4 (M ＝ Y3+, Gd3+) 基质材料，另一类重要的上转换碱氟化物KMF4 (M ＝ Y3+, Gd3+)材料却很少研究。YF3-KF、GdF3-KF体系材料有多种化合物形式。本课题将从材料学、医学和细胞生物学出发，拟用一锅水热法或溶剂热法在相同（或相似）合成条件下合成系列Yb3+/Tm3+、Yb3+/Er3+共掺YF3-KF、GdF3-KF体系上转换发光纳米材料；对比研究两体系材料的最终产物、形貌、发光性质、水溶性等；在生物应用上，拟开展上转换发光纳米材料体外细胞成像及小鼠活体成像研究，解决上转换纳米载体对体内组织的特异性识别以及灵敏显像等问题，构建出对在体乳腺癌组织具有特异性诊断能力的检测系统。

稀土发光材料在照明、显示、生物探测等方面得到了广泛的应用及研究。氟化物是最佳稀土发光基质材料之一。氟化物NaYF4、NaGdF4基质材料研究较多，而KF-YF3、KF-GdF3研究较少且体系材料有多种化合物形式。本项目主要研究了氟化物KF-REF3的水热合成及发光性能。主要研究成果如下：.1. 利用水热法，通过控制反应时间、反应温度、反应物比例、前驱溶液pH值，合成了KF-YF3、KF-YbF3、KF-GdF3 等体系氟化物，可得到正交相、立方相、四方相的REF3、KREF4、K5RE9F32、KRE3F10。用PEG辅助水热法合成了REF3-KF体系材料。在相同合成条件下，所得 REF3-KF体系材料分成三组：正交相REF3 (RE = La，Ce，Pr，Nd)；立方相KREF4 (RE = Sm，Eu，Gd，Tb，Dy)；四角相 KRE3F10 (RE = Ho，Er，Tm，Yb，Y)。并详细研究了Eu3+、Tb3+、Ce3+的发光性质及Ce3+/Tb3+能量传递。.2. 利用水热法合成了Eu3+、Tb3+掺杂GdF3纳米晶，观察到了基质Gd3+到Eu3+、Tb3+能量传递，定性半定量分析计算了Gd3+到Eu3+、Tb3+的能量传递效率。并研究了HF用量及碱土Ca2+、Sr2+、Ba2+引入对GdF3形貌及Eu3+、Tb3+发光性能的影响。.3. 利用水热法，合成了Ce3+/Tb3+掺 杂BaGdF5、LaF3、KGdF4、KYF4及K-Ce-Tb-F固溶体材料，对比研究了发光性质。用高温固相法合成了Ce3+/Tb3+共掺MyGdFx(M = Li，Na，K)材料，研究固相反应温度、反应时间、KF用量对最终产物结构的影响，并对比研究了Ce3+/Tb3+的发光性质。.4. 利用水热法合成了Yb3+/Er3+, Yb3+/Tm3+, Ce3+/Tb3+掺杂正交相KLu2F7，研究了Yb3+/Er3+, Yb3+/Tm3+上转换发光性质及Ce3+/Tb3+能量传递。实验结果表明Yb3+/Er3+，Yb3+/Tm3+共掺KLu2F7在980 nm激发下，可得到明亮的绿、蓝上转换发光。通过光谱计算及理论分析，KLu2F7中Ce3+/Tb3+能量传递为电偶极－四极相互作用。