[发明专利]一种基于铕离子双模式发光的NaGdF4多功能荧光标记纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及稀土掺杂氟钆化钠(NaGdF₄)核壳结构纳米发光材料，尤其是涉及基于铕离子双模式(上转换和下转换)发光的NaGdF₄核壳结构多功能荧光标记纳米材料。

背景技术

单分散的稀土无机氟化物荧光标记纳米材料由于其优良的光学性能以及在生物标记等方面的潜在应用，已经引起了国内外学者的普遍关注。相比于有机染料和半导体量子点等荧光标记材料，无机稀土氟化物纳米晶具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命、高发光效率和可调谐荧光发射波长等综合优势，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。但是目前的研究成果主要集中于具有单一发光模式(上转换)的稀土掺杂NaYF₄上转换纳米材料。相比于NaYF₄纳米晶，NaGdF₄不仅可以提供强的稀土离子的上转换发光，而且也可以作为理想的紫外敏化剂而实现稀土离子下转换发光。同时，由于基质阳离子(Gd³⁺)的超顺磁性能，使得NaGdF₄纳米材料在磁共振成像方面也有着很好的应用前景。这些优良的光学和磁学性能，使我们以NaGdF₄纳米晶为载体设计一种同时具备上转换、下转换和顺磁性能的多功能纳米标记材料成为可能。但是我们注意到，国内外对以NaGdF₄纳米晶为载体的荧光生物标记材料的研发刚刚起步，对于具有双模式发光的NaGdF₄荧光标记纳米材料一直未见报道(参考文献：Vetrone et al.The Active-Core/Active Shell Approach：A Strategy toEnhance the Upconversion Luminescence in Lanthanide-Doped Nanoparticles，Advanced Functional Materials，19，1-6(2009)；Park et al.Nonblinking andNonbleaching Upconverting Nanoparticles as an Optical Imaging Nanoprobe and T1Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent，Advanced Materials，21，4467-4471(2009))。本发明采用一种独特的设计思路，采用高温共沉淀的合成方法，将Tm³⁺(Yb³⁺)和Eu³⁺分别掺入到NaGdF₄纳米晶的内核和壳层中，首次在单分散的六方相NaGdF₄纳米晶中实现了铕离子的双模式发光。借助于内核中Tm³⁺和Yb³⁺的双敏化作用和核壳结构的优点，在976nm的近红外光照射下，我们可以得到高效的铕离子红色上转换发光。这种十倍于Yb³⁺/Tm³⁺/Eu³⁺共掺情况下的铕离子上转换发光，尚未有文献报道。与此同时，在273nm紫外光的照射下，我们也能够获得强的铕离子红色下转换发光。这种单分散的、集铕离子上转换和下转换发光于一身的NaGdF₄核壳结构纳米晶经表面功能化，可具有良好的水溶性和生物相容性，与生物分子连接后，可以作为一种多的功能的生物标记和磁共振显影试剂，进行生物科学和生命医学领域中异相(heterogeneous)和均相(homogeneous)分析。这种基于铕离子双模式发光的NaGdF₄核壳结构多功能荧光标记纳米材料技术含量高，优点突出，有望成为新一代荧光生物标记材料。

发明内容

本发明提出一种基于铕离子双模式(上转换和下转换)发光的NaGdF₄核壳结构多功能荧光标记纳米材料。

本发明采用高温共沉淀法制备的一种基于铕离子双模式发光的NaGdF₄核壳结构多功能荧光标记纳米材料其内核和壳层的组分分别为：NaGdF₄:xYb³⁺，yTm³⁺；NaGdF₄:zEu³⁺(其中x＝0-50mol％，y＝0-10mol％，z＝0-50mol％)。