稀土上转换发光纳米材料的合成及应用

1 绪论 1

1.1 纳米材料 1

1.2 上转换发光机理 2

1.2.1 激发态吸收 3

1.2.2 能量传递 4

1.2.3 光子雪崩 7

1.3 稀土上转换发光材料 8

1.3.1 稀土上转换发光材料的组成 9

1.3.2 稀土上转换发光材料的种类 9

1.3.3 稀土掺杂NaYF4上转换发光材料 11

1.4 纳米材料在生物标记中的应用 12

1.4.1 生物标记技术 12

1.4.2 纳米材料应用于生物标记 14

1.5 纳米材料在手印显现中的应用 19

1.5.1 手印显现技术 19

1.5.2 纳米材料应用于手印显现 23

2 稀土上转换发光纳米材料研究进展 27

2.1 稀土上转换发光纳米材料的合成 27

2.1.1 共沉淀法 27

2.1.2 热分解法 29

2.1.3 水热法 36

2.1.4 溶剂热法 38

2.1.5 其他方法 42

2.2 稀土上转换发光纳米材料的表面修饰 45

2.2.1 无机壳层修饰法 45

2.2.2 有机配体修饰法 49

2.3 稀土上转换发光纳米材料在生物检测中的应用 52

2.3.1 免疫反应检测 53

2.3.2 体外细胞成像 54

2.3.3 组织活体成像 59

2.3.4 多模式成像 70

2.3.5 光动力治疗 74

2.3.6 基于发光共振能量转移的检测 76

2.3.7 基于磁性分离的生物检测 79

2.4 稀土上转换发光纳米材料在手印显现中的应用 80

3 络合共沉淀法合成NaYF4:Yb,Er上转换发光纳米材料 83

3.1 本章引言 83

3.2 实验部分 84

3.2.1 实验仪器 84

3.2.2 实验试剂 84

3.2.3 实验方法 84

3.2.4 纳米颗粒的表征 85

3.3 结果与讨论 86

3.3.1 纳米颗粒的合成与表征 86

3.3.2 共沉淀反应过程中的影响因素 88

3.3.3 煅烧过程中的影响因素 92

3.4 本章小结 98

4 热分解法合成NaYF4:Yb,Er上转换发光纳米材料 99

4.1 本章引言 99

4.2 实验部分 100

4.2.1 实验仪器 100

4.2.2 实验试剂 100

4.2.3 实验方法 100

4.2.4 纳米颗粒的表征 101

4.3 结果与讨论 102

4.3.1 纳米颗粒的合成与表征 102

4.3.2 反应温度的影响 105

4.3.3 反应时间的影响 105

4.3.4 溶剂组成的影响 106

4.3.5 纳米颗粒的表面修饰 107

4.4 本章小结 108

5 溶剂热法合成NaYF4:Yb,Er/Tm/Ho上转换发光纳米材料 109

5.1 本章引言 109

5.2 实验部分 110

5.2.1 实验仪器 110

5.2.2 实验试剂 111

5.2.3 实验方法 111

5.2.4 纳米颗粒的表征 111

5.3 结果与讨论 112

5.3.1 纳米颗粒的合成与表征 112

5.3.2 反应温度的影响 114

5.3.3 反应时间的影响 116

5.3.4 反应时间与温度对纳米颗粒晶型转变的影响 118

5.3.5 油酸用量的影响 119

5.3.6 掺杂浓度的影响 121

5.3.7 对NaYF4:Yb,Er/Tm/Ho上转换发光机理的探讨 122

5.3.8 亲水性聚合物包覆NaYF4:Yb,Er纳米颗粒的合成与表征 125

5.4 本章小结 128

6 溶剂热法合成NaYbF4:Er/Tm/Ho上转换发光纳米材料 131

6.1 本章引言 131

6.2 实验部分 133

6.2.1 实验仪器 133

6.2.2 实验试剂 133

6.2.3 实验方法 133

6.2.4 纳米颗粒的表征 133

6.3 结果与讨论 134

6.3.1 反应温度的影响 134

6.3.2 反应时间的影响 135

6.3.3 对反应机理的探讨 135

6.3.4 稀土掺杂比例的影响 137

6.3.5 多色NaYbF4:Er/Tm/Ho纳米颗粒的合成与表征 138

6.3.6 对几种合成方法的评价 140

6.4 本章小结 141

7 稀土上转换发光纳米材料在细胞标记与成像中的应用 143

7.1 本章引言 143

7.2 实验部分 144

7.2.1 实验仪器 144

7.2.2 实验试剂 144

7.2.3 实验方法 145

7.3 结果与讨论 146

7.3.1 NaYF4:Yb,Er纳米颗粒的表面修饰 146

7.3.2 HeLa细胞的免疫标记原理 148

7.3.3 NaYF4:Yb,Er纳米颗粒用于细胞的免疫标记与成像 149

7.3.4 NaYbF4:Er/Tm/Ho纳米颗粒用于细胞的免疫标记与成像 153

7.4 本章小结 154

8 稀土上转换发光纳米材料在发光共振能量转移中的应用 157

8.1 本章引言 157

8.2 实验部分 158

8.2.1 实验仪器 158

8.2.2 实验试剂 158

8.2.3 NaYF4:Yb,Er纳米颗粒与纳米金间的发光共振能量转移 159

8.2.4 NaYbF4:Tm纳米颗粒与CdTe量子点间的发光共振能量转移 160

8.3 结果与讨论 161

8.3.1 NaYF4:Yb,Er纳米颗粒与纳米金间的发光共振能量转移 161

8.3.2 NaYbF4:Tm纳米颗粒与CdTe量子点间的发光共振能量转移 166

8.4 本章小结 171

9 稀土上转换发光纳米材料在手印显现中的应用 173

9.1 本章引言 173

9.2 实验部分 175

9.2.1 实验仪器 175

9.2.2 实验试剂 175

9.2.3 实验方法 175

9.3 结果与讨论 176

9.3.1 手印显现原理 176

9.3.2 显现灵敏度的考察 176

9.3.3 显现对比度的考察 177

9.3.4 客体背景颜色干扰的考察 177

9.3.5 客体背景荧光干扰的考察 179

9.3.6 显现适用性的考察 180

9.4 本章小结 182

10 结论 183

参考文献 185

附录 书中部分插图（彩色） 215