[发明专利]一种高量子产率的稀土荧光材料及其制备方法

说明书

一种高量子产率的稀土荧光材料及其制备方法，属于荧光材料技术领域。其为掺杂Tm³⁺的NaErF₄纳米发光核基质外包覆NaLuF₄惰性壳的结构，壳层厚度在4～5nm之间，具有纳米晶微观形态；纳米发光核发光离子为Er³⁺离子，NaErF₄纳米发光核基质中掺杂的Tm³⁺作为能量捕获中心加强Er³⁺的发光能级，NaErF₄纳米发光核基质中Tm³⁺的掺杂摩尔浓度为0.5～5.0％。本发明以构成材料的纳米发光核以及惰性壳为切入点，通过对最佳惰性壳的选择以及能量俘获中心离子的引入对稀土荧光纳米材料的发光特性进行优化，解决了当前稀土荧光纳米材料量子产率低、发光效率不高的诸多问题，制备出了一种高量子产率的稀土荧光纳米材料。

技术领域

本发明属于荧光材料技术领域，具体涉及一种高量子产率的稀土荧光材料及其制备方法。

背景技术

稀土元素是由化学元素周期表中镧系的15个元素以及与镧系密切相关的钇和钪这2两个元素所构成的。稀土元素具有十分独特的电子层结构，以及丰富的电子能级，可吸收或发射从紫外光到可见光、近红外光区域的光波，这也使其表现出了许多独特的物理和化学性质，成为新材料的宝库。由于具有较宽的荧光光谱发射、良好的荧光稳定性以及低的生物毒性等优点，稀土荧光材料在医学检测，生物成像药物运输以及疾病的治疗等诸多研究领域展现出极大的潜力与广阔的应用前景。

作为重要的医学成像手段，荧光成像具有成像速度快、灵敏度高等优点。但常用的荧光成像方法为近红外一区成像，其发射波长维持在750～900nm之间，这与生物体内的组织自荧光发射区相重合，导致其存在高背景干扰、高散射、穿透深度小、无法进行深层组织成像等问题。相比之下，近红外二区(1500nm～1700nm)稀土荧光材料具有更长的发射波长，由于光的散射与波长成指数下降，因而其可穿透更深的皮肤和血液等生物组织，获得更高的成像分辨率。稀土掺杂纳米材料由于具有较大的斯托克斯位移，较高的光学稳定性，通常可用于近红外二区成像，不过其发射波长一般为980nm。鉴于生物组织对于980nm的激光有较强的吸收，其产生的过热效应容易引起生物组织的热损伤。相较于980nm，波长为800nm的激光在生物组织中的吸收较弱，能够有效的避免过热效应。所以，制备一种能够在800nm激发下，高效的近外二区成像探针不仅可以促进获得更佳优异的生物探针，长远来看，对于纳米生物医学发展和促进人类健康也具有重要深远的意义。

目前，Yb³⁺离子常作为共掺杂剂应用在基于Er³⁺的纳米粒子中，这主要是由于Yb³⁺离子在980nm激光下具有出色的吸收截面。然而，980nm的波长与水分子的吸收峰有很大程度的重叠。生物组织过度暴露于980nm辐射下会导致过热，从而严重损坏细胞和组织。而以Nd³⁺作为掺杂离子的NaGdF₄@Na(Gd,Yb)F₄:Er³⁺@NaYF₄:Yb³⁺@NaNdF₄:Yb³⁺结构过于复杂，且由于存在多步能量转移过程，量子产率很低。同时，能量从Er³⁺到Nd³⁺或Yb³⁺的过程中存在严重的反向转移，使其很难获得足够的1525nm发射，导致大量激发能量损失。