[发明专利]晶格缺陷调控正交发射稀土上转换纳米颗粒及制备方法

说明书

本发明公开一种晶格缺陷调控正交发射稀土上转换纳米颗粒及制备方法，通过Mn²⁺、Tm³⁺等金属离子与发光中心Er³⁺离子的共掺杂，在上转换纳米材料晶格中引入缺陷，调控980nm激发和808nm激发下能量传递的途径，其在980nm激光激发下能量传递途径为Yb³⁺→Er³⁺→Mn²⁺(Tm³⁺)，发射出红色荧光，在808nm激光激发下能量传递途径为Nd³⁺→Yb³⁺→Er³⁺，发射出绿色荧光。本发明通过调节Mn²⁺、Tm³⁺或其他金属离子的掺杂量可以有效地控制同一发光中心Er³⁺离子在不同激发波长下发射出不同颜色的荧光。这种同一纳米颗粒正交发射的性质在生物医学领域表现出广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种晶格缺陷调控同一稀土离子在不同激发波长下发射不同颜色的方法，及其相应的正交发射稀土上转换纳米颗粒的制备方法。

背景技术

稀土离子掺杂的上转换纳米颗粒可以通过多光子过程吸收近红外光而发射特定波长的可见光，这种特殊的上转换发光特性使其在生物医学领域表现出广阔的应用前景。稀土上转换发光过程通常与掺杂在基质材料(如NaYF₄、KYF₄、LiYF₄、NaGdF₄等)中的敏化剂(如Yb³⁺或Nd³⁺)和激活剂(如Er³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺等)密切相关，敏化剂吸收近红外的激发光(Yb³⁺吸收980nm激发光，Nd³⁺吸收808nm激发光)后将能量传递给临近的激活剂，使其发射特定波长的可见光。

稀土激活剂离子具有多能级结构，因此同一稀土离子通常能发射多个波段的荧光，例如目前已报道的Er³⁺掺杂上转换发光纳米颗粒受激发后既可以发射540nm左右的绿光，同时也发射出650nm左右的红光。但是，目前尚未有合适的方法或材料，能有效地调控同一稀土激活剂在不同激发条件下能量传递的途径，从而实现其不同发光颜色的调控。

本发明专利首次提供了一种晶格缺陷调控同一激活剂离子发光颜色的方法，所得的正交发射上转换发光纳米颗粒在生物/化学传感器、光学成像，多通道光基因控制等方面表现出广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶格缺陷调控稀土激活剂离子能量传递途径的上转换纳米颗粒，通过Mn²⁺、Tm³⁺或其他金属离子与Er³⁺在上转换纳米材料晶格中共掺杂，引入晶格缺陷，调控Er³⁺在980nm激发和808nm激发时的不同能量传递途径，实现Er³⁺正交发射性质。

本发明的目的还在于提供一种具有正交发射性质的上转换发光纳米颗粒的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

晶格缺陷调控正交发射稀土上转换纳米颗粒，该稀土上转换纳米颗粒通过Mn²⁺、Tm³⁺金属离子与发光中心Er³⁺离子的共掺杂，在上转换纳米材料晶格中引入缺陷，通过缺陷来调节稀土离子之间的能量传递途径，调控其发光颜色。

在980nm激光激发下，所述稀土上转换纳米颗粒发射出红色荧光；在808nm激光激发下，所述稀土上转换纳米颗粒发射出绿色荧光。

所述稀土上转换纳米颗粒为3层核壳结构，从内向外依次为核层、内壳层和外壳层；所述稀土上转换纳米颗粒的具体结构为：