[发明专利]稀土掺杂氟化镥锂纳米材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了稀土掺杂氟化镥锂纳米材料及其制备与应用。该材料在氟化镥锂基质中掺杂了Yb/Er(20/1%)或Yb/Tm(20/0.5%)发光离子，能够在980nm红外光激发下实现可见光发射，通过与生物分子的连接，可用于上转换异相检测及细胞成像。除此之外，基质中的重稀土离子还具有较强的X射线衰减能力可用作计算机断层扫描成像的造影剂。本发明还提供纳米材料的制备方法。本发明的纳米材料水溶性好，性能优良，因而，可应用于生物检测与生物成像等领域。

技术领域

本发明涉及纳米发光材料领域，尤其是涉及一种可用于生物检测与成像的稀土纳米发光材料及其制备方法。

背景技术

近年来稀土掺杂上转换发光纳米材料在光导开关，信息存储，光电子器件以及太阳能电池等方面都体现出极大的应用价值，其中最引人注目的是最近兴起的稀土掺杂上转换发光纳米材料在荧光生物标记方面的应用。与传统的荧光标记材料（例如荧光染料与量子点）相比，稀土掺杂上转换发光纳米材料不仅化学稳定性高、荧光寿命长、潜在生物毒性低，而且采用近红外光源激发因而具有较大的光穿透深度、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点，因此在荧光生物检测及生物成像等领域扮演着越来越重要的角色。目前上转换纳米荧光标记材料发展的瓶颈问题是其量子产率低。提高上转换发光效率、制备发光性能优良的水溶性纳米晶是该类材料应用于荧光生物标记的一个前提。

在已报道的材料体系中，氟化物由于化学稳定性高、声子能量低（300-500 cm^-1），是一类理想的稀土掺杂基质材料。目前关于稀土掺杂氟化物的研究主要集中在氟化钇钠（NaYF₄），氟化钆钠（NaGdF₄）或氟化钇锂（LiYF₄）等体系，对氟化镥锂（LiLuF₄）的研究甚少。最近，严纯华课题组报道了油溶性氟化镥锂基体纳米材料的合成（参考文献：Yan Chunhuaet al.,Optically active uniform potassium and lithium rare earth fluoridenanocrystals derived from metal trifluroacetate precursors,DaltonTransactions,8574–8581(2009)。但是目前还没有关于单分散水溶性稀土掺杂氟化镥锂纳米荧光标记材料的合成、光学性能及其应用的报道。本发明通过三氟乙酸盐热分解的方法，通过稀土离子掺杂合成出具有上转换发光的氟化镥锂纳米晶，同时在内核的基础上进行连续多层外延生长，可制得包覆均匀的核壳结构纳米晶，从而大大增强上转换发光；利用酸洗处理的方法去掉纳米晶表面的油酸，或者利用磷酸乙醇胺交换纳米晶表面的油酸使其表面修饰上大量的氨基官能团，从而实现水溶性。这种具有单分散性，水溶性和优良荧光性能的稀土掺杂氟化镥锂纳米荧光标记材料，通过与生物分子的偶联，可应用于生物检测与生物成像等领域。

发明内容

本发明提出一种稀土掺杂氟化镥锂上转换纳米荧光标记材料及其制备方法。本发明的材料水溶性好，发光性能优良，可用于生物检测和生物成像。通过热分解与酸洗处理（或配体交换）两步实现单分散、水溶性稀土掺杂氟化镥锂纳米材料的可控合成。利用基质材料中重稀土镥离子较强的X射线衰减能力，该材料可作为计算机断层扫描成像(CT)的造影剂。光谱测试结果表明，本发明的纳米材料在980纳米近红外激光激发下发出明亮的可见光，其最大上转换量子效率可达7%，将其与生物分子偶联后可用于生物检测与生物成像。

本发明通过如下技术方案实现：

一种稀土掺杂氟化镥锂上转换纳米荧光标记材料，其特征在于：纳米材料的组分含量：xLn³⁺-(1-x)LiLuF₄，其中Ln³⁺=Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺，0<x≦50mol％。