微波辅助离子液体法合成高质量的稀土发光纳米晶及其应用探索

纯度高、形貌可控、单分散、尺寸均匀、粒度适中的高质量发光纳米晶的合成与应用是化学、物理以及材料界的一个研究热点。本项目拟采用新颖、安全、绿色、节能、效率高的微波辅助离子液体法制备稀土纳米发光材料，主要研究对象包括磷酸盐、钒酸盐、硼酸盐、钨酸盐以及稀土氟化物，通过改变合成参数如稀土离子的前驱体、离子液体的阴阳离子种类、助溶剂、反应物浓度、有机添加剂以及微波加热的功率和时间等来调控纳米晶生长的动力学及热力学因素，探索不同组成、形貌和尺寸的纳米晶的形成机制及发光性质的变化规律；研究微波和离子液体对纳米晶的作用机理；最后对合成的发光纳米晶进行表面修饰，使其具有良好的生物相容性，同时保持粒子的单分散性和均一性，并进一步探索这些高质量的发光纳米晶尤其是上转换发光纳米晶在生物标记领域的应用。

本项目主要围绕稀土发光纳微米材料的合成、表面修饰、性能改善及载药应用等方面的工作展开，具体的包括：(1) 在材料合成方面，采用微波等方法合成了多种具有特殊结构的稀土化合物纳微米材料，如均匀单分散的KRE3F10 (RE = Sm-Lu, Y) 、BaGdF5:Yb3+/Er3+@BaGdF5:Yb3+、 LiYF4和β-NaYF4:Yb3+, Er3+@β-NaGdF4:Yb3+胶体纳米晶等； 探索了水溶性纳米粒子的“一步”合成策略：通过室温搅拌或水热两相法“一步”合成了水溶性的KGdF4和尺寸超小(2-20 nm)的水溶性β-NaREF4:Yb3+, Er3+ (RE= La-Lu, Y) 氟化物纳米粒子；设计合成了具有多种功能（发光、磁性）的无机多孔复合材料，如具有介孔和上转换发光的多功能复合材料Fe3O4@nSiO2@mSiO2@NaYF4:Yb3+/Er3+；均匀、单分散的介孔SiO2直接包覆上转换纳米粒子的β-NaYF4:Yb3+/Er3+@mSiO2纳米球等；(2) 在材料的表面修饰方面，通过核-壳结构策略以及SiO2包覆方法对材料的表面进行改性，提高了材料的发光强度以及生物相容性；(3) 在材料的性能研究方面，研究了产物的发光性质与形貌、尺寸的依赖关系确定以及产物发光颜色的调控；(4) 在材料的应用方面，将得到的多孔复合材料作为药物载体，以布洛芬(IBU)或抗癌药物阿霉素(DOX)作为模型药物，初步研究了材料的药物吸附与释放、细胞毒性以及对细胞的体外抑制效率等性能，并通过激光共聚焦显微镜成像(LSCM)、流式细胞术、上转换荧光成像等技术考察了肿瘤细胞对载药纳米颗粒的吞噬效果。项目执行期间共计在Adv. Funct. Mater. (3篇)、Biomaterials (4篇)、Chem. Eur. J. (2篇)、 J. Mater. Chem. (4篇，包括Feature article)、J. Phys. Chem. C (2篇)、Nanoscale (3篇)、CrystEngComm. (4篇)等相关领域的核心杂志上发表文章29篇(影响因子> 4的23篇)；申请中国发明专利1项。系列论文“稀土氟化物的可控合成及在药物传递中的应用” 获得2011年“吉林省自然科学学术成果”二等奖。