本文選題：上轉(zhuǎn)換納米材料　切入點：近紅外光　出處：《大連理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：稀土上轉(zhuǎn)換納米材料(UCNPs)是近年來在有機染料和量子點基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型光學(xué)材料。由于其具有能將高能量的近紅外光轉(zhuǎn)換成低能量的紫外、可見甚至近紅外光的獨特光學(xué)性能,此類材料被廣泛用于生物傳感、生物體內(nèi)成像、藥物傳遞、光動力學(xué)治療以及光活化等領(lǐng)域；并且在太陽能電池甚至臨床診斷等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。本論文通過調(diào)節(jié)稀土Yb3+的摻雜量并引入近紅外有機染料作為敏化劑來優(yōu)化設(shè)計UCNPs的發(fā)光性能,且應(yīng)用于光動力學(xué)治療及光學(xué)成像等相關(guān)領(lǐng)域。旨在解決UCNPs發(fā)光效率低,激發(fā)波長受限的問題。主要研究成果如下：(1)通過調(diào)節(jié)稀土yb3+在核中的摻雜量制備了一系列CaF2作為殼層的立方核/殼結(jié)構(gòu)UCNPs,其中80%Yb摻雜的UCNP (a-NaYF4:Yb(80%),Er(2%)@CaF2)展示出最佳上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)射,其絕對量子產(chǎn)率經(jīng)測定(10 W/cm2,980 nm)達到3.2%。選擇5-氨基酮戊酸(ALA)(一種臨床上應(yīng)用于光動力學(xué)療法的前體藥物)共軛連接在UCNP上制成ALA-UCNPs,在體內(nèi)生物相容性的激光功率密度(0.5 W/cm2,980 nm)照射下,ALA-UCNPs在腫瘤治療上顯示出明顯的光動力學(xué)治療效果,并且能夠深入到組織內(nèi)1.2cm。體內(nèi)治療結(jié)果表明,980 nm近紅外光激發(fā)在深層腫瘤治療上優(yōu)于臨床使用的紅色光照射。(2)通過引入具有不同吸收波譜的近紅外有機染料分子敏化UCNPs的上轉(zhuǎn)換發(fā)光來系統(tǒng)調(diào)節(jié)UCNPs的激發(fā)波長。實驗證實近紅外染料類似于一系列的“天線”,可以在不同激發(fā)帶捕獲近紅外光子傳遞給UCNPs,相對于單個染料敏化的UCNPs, UCNPs的激發(fā)帶可以通過“混合和匹配”一對有機染料來進行擴展。最后,利用這個概念實現(xiàn)了在一個選擇性正交成像中的應(yīng)用。(3)利用近紅外有機染料IR-806敏化一系列不同殼層厚度的核/NaYF4殼結(jié)構(gòu)β-NaYF4:20%Yb,2%Er@β-NaYF4 UCNPs上轉(zhuǎn)換發(fā)光,發(fā)現(xiàn)一定厚度的NaYF4殼層會阻止染料向UCNPs的能量傳遞。通過在核/殼結(jié)構(gòu)的殼層摻雜Yb3+作為從染料到內(nèi)核層的能量傳遞橋梁,證實其能夠在核/殼結(jié)構(gòu)UCNPs基礎(chǔ)上顯著增強上轉(zhuǎn)換發(fā)光,在2 W/cm2,800 nm連續(xù)光激發(fā)下,測得IR-806敏化p-NaYF4:20%Yb,2%Er@β-NaYF4:10%YB核/Yb殼結(jié)構(gòu)UCNP的絕對量子產(chǎn)率達到6%,比截止目前報道的最強800 nm激發(fā)下UCNP強33倍。最后,通過兩親性三嵌段共聚物Pluronic F127包裹IR-806敏化核/Yb殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米材料,將其成功轉(zhuǎn)移至水相。
[Abstract]:UCNPsis a new optical material developed in recent years on the basis of organic dyes and quantum dots. Due to the unique optical properties of visible and even near-infrared light, such materials are widely used in biosensor, imaging in vivo, drug delivery, photodynamic therapy and photoactivation. In this paper, the luminescent properties of UCNPs are optimized by adjusting the doping amount of rare earth Yb3 and introducing near infrared organic dyes as sensitizer. And it is used in photodynamic therapy and optical imaging. The aim is to solve the problem of low luminescence efficiency of UCNPs. The main results of this study are as follows: 1) A series of UCNPs with cubic nucleus / shell structure of CaF2 as shell layer have been prepared by adjusting the doping amount of rare earth yb3 in the nucleus. The absolute yield of ALA-UCNPs was determined to reach 3.2nm.ALAA (a precursor drug used in clinical photodynamic therapy) was conjugated to make ALA-UCNPsin vivo biocompatible laser power density. ALA-UCNPs under 0.5 W / cm ~ (2) (980 nm) irradiation showed significant photodynamic effects in tumor therapy. The results of in vivo treatment showed that 980 nm NIR excitation was superior to the clinical use of red light irradiation in the treatment of deep tumor by introducing NIR organic dye molecules with different absorption spectra. The up-conversion luminescence of sensitized UCNPs is used to adjust the excitation wavelength of UCNPs. The experimental results show that the near infrared dye is similar to a series of "antennas" and can capture near infrared photons in different excitation bands to transfer to UCNPs. The excitation band of UCNPs, UCNPs, can be expanded by "mixing and matching" a pair of organic dyes. By using this concept, the application in a selective orthogonal imaging is realized. The near-infrared organic dye IR-806 is used to sensitize a series of core / NaYF4 shell structures with different shell thickness 尾 -NaYF4: 20 and Yb2Er@ 尾 -NaYF4 UCNPs up-conversion luminescence. It is found that a certain thickness of NaYF4 shell can prevent the energy transfer from dye to UCNPs. By doping Yb3 into the shell of core / shell structure as a bridge of energy transfer from dye to inner layer, It is proved that it can significantly enhance up-conversion luminescence on the basis of core-shell structure UCNPs, and it can be excited by 2 W / cm ~ (2) O _ (800) nm continuous light. The absolute yield of IR-806 sensitized p-NaYF4: 20 and Yb2Er@ 尾 -NaYF4: 10YB core / yb shell structure UCNP has reached 6%, 33 times higher than that of UCNP excited by the strongest 800nm excitation so far reported. Finally, the nanomaterials were transformed by the amphiphilic triblock copolymer Pluronic F127 to encapsulate the IR-806 sensitized core / yb shell structure. It was successfully transferred to the water phase.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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