荧光/磁性稀土纳米晶的可控制备与组装

The preparation of functional nanocrystals (NCs) and their self-assembled is the foundation of developing multifunctional materials and devices. This project intends to prepare rare earth NCs with fluorescent and magnetic properties and their self-assembled structure using interfacial assembled route. Herein, we design a facile way to prepare EuS NCs with regular size and morphology in oil phase. As-prepared EuS NCs possess the characters of fluorescence and magnetism simultaneously owing to unique outer electron structure of divalent state Eu2+. Rare earth EuS NCs micelles, with controllable structure and morphology, would be prepared by transferring NCs from oil phase into aqueous phase utilizing surfactant through interfacial hydrophobic Van der Waals interaction. Furthermore, 2D and 3D self-assembled structures of EuS NCs micelles would be fabricated through interfacial self-assembled route of solvent induction and electrostatic force. The self-assembled structures of EuS NCs have qualitative enhancements in fluorescence and magnetism. Besides, by studying the mechanism and stability of self-assembling, the ordered structures may extend the applications into magnetism, optical devices, and surface plasemon resonance and so on.

功能性纳米晶的制备及其有序组装结构的构筑是制备多功能材料与器件基础。本项目拟可控制备具有荧光和磁性的稀土纳米晶微结构。设计采用胺还原的方法，在油相中合成尺寸均匀、形貌规整的硫化铕(EuS)系列稀土纳米晶，由于二价Eu的特殊电子结构，纳米晶在室温下表现出同时具有荧光和磁性功能。利用离子型表面活性剂将纳米晶从油相转移到水相，通过界面疏水范德华力作用等条件控制，制备结构稳定的水溶性稀土纳米晶胶束,可用于荧光和磁性多重细胞成像。进一步通过溶剂诱导和静电力等界面自组装方法，在平面基底上构筑二维和三维有序可控的纳米晶组装结构，获得稀土纳米晶磁性和荧光的功能集成和性质增强。研究纳米晶胶束的组装机理与稳定性，该有序结构将在磁性和光学器件以及表面等离子共振等方面获得应用。

功能性纳米晶的制备及其有序组装结构的构筑是制备多功能材料与器件的基础。本项目制备了同时具有荧光和磁性的稀土纳米晶组装微观结构。首先设计采用胺还原合成方法，在油相制备得到形貌可控的硫化铕(EuS) 和氯化铕(EuCl2)系列稀土纳米晶，稀土纳米晶为纳米粒径，尺寸均匀且粒径可控，呈现出同时具有荧光和磁性等多种功能。这种在单一组份材料中同时具有荧光和磁性的纳米材料还是比较少见的。通过调节反应条件可以控制制备得到诸如纳米球形、短纳米棒、长纳米线等形貌规整且结构稳定的高质量稀土纳米晶。并利用离子型表面活性剂将纳米晶转移并均匀分散到水相，获得生物相容性的稀土纳米晶胶束，呈现出较低的生物毒性和良好的生物相容性，在细胞和小动物体内获得了较强的荧光信号和磁共振响应信号，稀土纳米晶可以作为荧光探针实现生物荧光成像和磁成像等多重生物成像的应用。利用稀土和纳米点材料优良的荧光性质，构筑了具有双荧光特性的温度和pH多重响应纳米材料。双荧光对温度均具有线性响应，可以作为微观荧光温度计检测温度。针对正常细胞和癌细胞的pH差异性，利用双发射荧光纳米微球具有优良的pH响应性，实现了含稀土纳米微球区分检测正常细胞/肿瘤细胞及正常组织/肿瘤组织，并在癌细胞的荧光检测和生物成像方面获得应用。另外还拓展了纳米点等荧光纳米材料作为生物传感器在肿瘤检测、生物成像、生物酶检测、离子检测等方面的应用。利用逻辑门电路等操作方法构筑了测试多种疾病相关的生物标记物以及相应的氧化酶的检测平台。通过溶剂诱导等自组装方法，在平面基底上制备二维和三维有序可控的纳米晶组装结构，获得稀土纳米晶磁性和荧光的集成和性质增强。可以作为传感器在气敏传感器件、离子传感和生物检测等方面具有重要的应用价值。