Eu3+双模荧光标记材料核壳结构和机理示意图

  稀土掺杂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优点,可作为新一代优良荧光生物标记材料。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,基质阳离子(Gd3+)有良好顺磁性能,NaGdF4纳米材料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,使得以NaGdF4纳米晶为载体设计一种同时具备“上转换+下转换(双模)”以及顺磁性能的多功能纳米标记材料成为可能。

  在中国科学院百人计划”、科技部863和973计划、国家自然科学基金等支持下,中科院福建物质结构研究所光电材料化学与物理院重点实验室陈学元研究小组在水溶性多功能纳米荧光标记材料研究方面取得了新进展,研究结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201000128)和Nanoscale(2010, DOI: 10.1039/c0nr00116c)。

  该研究小组采用一种巧妙的设计思路,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Eu3+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980 nm的近红外光照射下,在国际上首次实现了高效的Eu3+红色上转换发光,其上转换发光强度比Yb3+/Tm3+/Eu3+共掺样品提高了一个数量级。同时,在273 nm紫外光的照射下,也能够获得强的Eu3+红色下转换发光。这种单分散、集Eu3+双模发光于一身的NaGdF4核壳结构纳米晶经表面功能化,具有良好的水溶性和生物相容性,与生物分子连接后,可以作为一种多功能荧光标记和磁共振成像显影试剂,用于生物科学和生命医学领域中异相或均相分析。

  该研究小组同时还通过简单的一步溶剂热合成方法,制备出水溶性表面羧酸修饰的稀土掺杂氟氯化钡纳米晶,该纳米晶在“无背景”时间分辨生物标记以及近红外“光透过窗”范围的生物标记材料方面均具有重要的应用前景。

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