釹敏化稀土上轉換納米材料的設計制備、后修飾及一氧化氮傳感應用
發(fā)布時間：2021-07-04 05:50
釹敏化稀土上轉換納米材料能夠吸收位于808 nm的近紅外光,該波長的激發(fā)光在生物應用中具有深的組織穿透深度,以及低的生物組織過熱效應,因而在生物傳感、成像等領域具有獨特優(yōu)勢。但是,經典多殼層釹敏化稀土上轉換納米結構的表面敏化層通常含有高劑量敏化劑Nd3+,Nd3+易與環(huán)境中猝滅基團發(fā)生能量傳遞,導致上轉換熒光（UCL）猝滅,不利于其在生物傳感中的應用。此外,經典釹敏化稀土上轉換納米結構的發(fā)光中心位于多殼層結構的核心,因此通過在表面負載具有分析目標響應性的有機小分子熒光探針,構建熒光共振能量轉移檢測體系時,發(fā)光中心與表面熒光探針能量受體距離較遠,熒光共振能量轉移效率低,不利于實現(xiàn)高效傳感檢測。本論文通過在經典釹敏化三明治上轉換納米結構（Na YF4:Yb/Er@Na YF4:Yb@Na Nd F4:Yb）的敏化殼層中摻雜惰性元素镥來提高上轉換發(fā)光效率,利用表面引發(fā)原子轉移自由基聚合（SI-ATRP）技術實現(xiàn)表面親水修飾,選擇具有不同官能團的單體來調節(jié)修飾層的親疏水性質,負載一氧化...
【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
上轉換發(fā)光機理圖[6]
.1.2結構組成上轉換粒子通常由基質(HostMatrix)、激活劑(Activator)、敏化劑(Sensitizer)三部分組成[8]。其中，基質可以為粒子提供合適的晶體場，理想的基質應當具有對發(fā)光中心的高耐受性、低聲子能量、近紅外光子在晶格中自由遷移的高透明度、優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性的特性。激活劑是粒子的發(fā)光中心，應具有足夠的長壽命的中間能態(tài)，可以從附近被激發(fā)的敏化劑中提取能量，以促進進一步躍遷到更高的能級，鉺(Er3+)、銩(Tm3+)和鈥(Ho3+)是理想的激活劑。通過對不同激活劑的選擇及摻雜比例的調控，可以實現(xiàn)多色發(fā)光，如圖1-2，Wang團隊通過改變激活劑的種類、摻雜比例所制備的在不同波段發(fā)光的上轉換納米粒子[9]，證實了上轉換粒子優(yōu)異的光學可調性。敏化劑應具有與激活劑相匹配的能級以及在近紅外波段相對較大的吸收截面,其中鐿(Yb3+)是最常用的作為敏化劑的元素[10]，在980nm處較大的吸收截面,釹(Nd3+)在808nm處較大的吸收截面[11]。圖1-2上轉換粒子的多波段發(fā)光[9]1.1.3制備方法熱分解法是一種常見的納米晶體生長方法[12]。主要是在無水無氧的條件下，將金屬前驅體加入到高沸點的溶劑中，使之在高溫下迅速分解成核，再在配體和活性助劑的協(xié)同作用下，進一步得到規(guī)整、均一的納米顆粒。金屬前驅體一般會選擇稀土氟化物或氯化物，高沸點溶劑選擇十八烯(ODE)。但這種方法往往對環(huán)境要求十分嚴苛，要保證高度的無水無氧過程，并且在合成過程中會釋放出有毒氣體，故而會限制其使用。水熱法[13]是將反應體系中的基質、材料、前驅體等在水溶液中混合后，在反應釜中進行納米粒子生長的一種方法，是一種基于溶液體系的合成手段。高溫高壓下，使得固體之間反應更加容易發(fā)生，在較短的時間內即可以長成納米晶體。
西北大學碩士專業(yè)學位論文4圖1-3釹敏化的上轉換粒子低熱效應及能量傳遞示意圖[18]2014年，Yao課題組在NaYF4:Yb/X(X=Er3+，Tm3+，Ho3+)@NaNdF4:Yb核殼結構上轉換納米結構的發(fā)光中心和敏化殼層之間引入了過渡殼層NaYF4:Yb，制備了經典三明治結構的NaYF4:Yb/X@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb納米結構[19]，并有效提高了808nm激發(fā)下的熒光強度。如圖1-4所示，Nd3+離子被摻雜在外殼中，并作為敏化劑捕獲808nm的光子。Yb3+離子則作為橋梁離子從敏化劑Nd3+中提取激發(fā)能量，然后傳遞到發(fā)光中心的Yb3+，并最終被激活劑俘獲。通過過渡殼層有效分離Nd3+敏化離子和激活劑，有效抑制了激活劑和Nd3+之間的能量回傳，提高熒光強度。圖1-4經典釹敏化上轉換粒子的三明治結構及其能量傳遞示意圖[19]為了進一步提升釹敏化上轉換粒子的發(fā)光效率，2015年，Lin課題組提出了具體組成為NaYF4:Yb/Er(20%/2%)@NaYF4:Yb(10%)@NaNdF4:Yb(10%)@NaYF4:Yb(10%)的多殼層結構[20]，如圖1-5。圖1-5四層核殼結構釹敏化上轉換粒子及其能量傳遞示意圖[20]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一氧化氮合酶/一氧化氮系統(tǒng)與心血管疾病[J]. 鄧次妮,沈潞華. 心血管病學進展. 2007(04)
本文編號：3264170
【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
上轉換發(fā)光機理圖[6]
.1.2結構組成上轉換粒子通常由基質(HostMatrix)、激活劑(Activator)、敏化劑(Sensitizer)三部分組成[8]。其中，基質可以為粒子提供合適的晶體場，理想的基質應當具有對發(fā)光中心的高耐受性、低聲子能量、近紅外光子在晶格中自由遷移的高透明度、優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性的特性。激活劑是粒子的發(fā)光中心，應具有足夠的長壽命的中間能態(tài)，可以從附近被激發(fā)的敏化劑中提取能量，以促進進一步躍遷到更高的能級，鉺(Er3+)、銩(Tm3+)和鈥(Ho3+)是理想的激活劑。通過對不同激活劑的選擇及摻雜比例的調控，可以實現(xiàn)多色發(fā)光，如圖1-2，Wang團隊通過改變激活劑的種類、摻雜比例所制備的在不同波段發(fā)光的上轉換納米粒子[9]，證實了上轉換粒子優(yōu)異的光學可調性。敏化劑應具有與激活劑相匹配的能級以及在近紅外波段相對較大的吸收截面,其中鐿(Yb3+)是最常用的作為敏化劑的元素[10]，在980nm處較大的吸收截面,釹(Nd3+)在808nm處較大的吸收截面[11]。圖1-2上轉換粒子的多波段發(fā)光[9]1.1.3制備方法熱分解法是一種常見的納米晶體生長方法[12]。主要是在無水無氧的條件下，將金屬前驅體加入到高沸點的溶劑中，使之在高溫下迅速分解成核，再在配體和活性助劑的協(xié)同作用下，進一步得到規(guī)整、均一的納米顆粒。金屬前驅體一般會選擇稀土氟化物或氯化物，高沸點溶劑選擇十八烯(ODE)。但這種方法往往對環(huán)境要求十分嚴苛，要保證高度的無水無氧過程，并且在合成過程中會釋放出有毒氣體，故而會限制其使用。水熱法[13]是將反應體系中的基質、材料、前驅體等在水溶液中混合后，在反應釜中進行納米粒子生長的一種方法，是一種基于溶液體系的合成手段。高溫高壓下，使得固體之間反應更加容易發(fā)生，在較短的時間內即可以長成納米晶體。
西北大學碩士專業(yè)學位論文4圖1-3釹敏化的上轉換粒子低熱效應及能量傳遞示意圖[18]2014年，Yao課題組在NaYF4:Yb/X(X=Er3+，Tm3+，Ho3+)@NaNdF4:Yb核殼結構上轉換納米結構的發(fā)光中心和敏化殼層之間引入了過渡殼層NaYF4:Yb，制備了經典三明治結構的NaYF4:Yb/X@NaYF4:Yb@NaNdF4:Yb納米結構[19]，并有效提高了808nm激發(fā)下的熒光強度。如圖1-4所示，Nd3+離子被摻雜在外殼中，并作為敏化劑捕獲808nm的光子。Yb3+離子則作為橋梁離子從敏化劑Nd3+中提取激發(fā)能量，然后傳遞到發(fā)光中心的Yb3+，并最終被激活劑俘獲。通過過渡殼層有效分離Nd3+敏化離子和激活劑，有效抑制了激活劑和Nd3+之間的能量回傳，提高熒光強度。圖1-4經典釹敏化上轉換粒子的三明治結構及其能量傳遞示意圖[19]為了進一步提升釹敏化上轉換粒子的發(fā)光效率，2015年，Lin課題組提出了具體組成為NaYF4:Yb/Er(20%/2%)@NaYF4:Yb(10%)@NaNdF4:Yb(10%)@NaYF4:Yb(10%)的多殼層結構[20]，如圖1-5。圖1-5四層核殼結構釹敏化上轉換粒子及其能量傳遞示意圖[20]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一氧化氮合酶/一氧化氮系統(tǒng)與心血管疾病[J]. 鄧次妮,沈潞華. 心血管病學進展. 2007(04)
本文編號：3264170
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教材專著
