稀土上转换发光纳米材料的制备及应用研究

论文摘要

稀土上转换纳米材料（UCNPs）具有毒性低、化学稳定性高、光稳定性优异、发射带窄、大的反Stokes位移、发光寿命长等优点。同时可采用近红外激光作为其激发光源,使得其具有如光穿透力强、对生物组织几乎无损伤、无背景荧光等特点。所以UCNPs在生物领域有着极其光明的应用前景。本论文拟制备水溶性的表面修饰羧基的NaYF4:Yb3、Er3+纳米粒子,并用于检测癌胚抗原、凝血酶等生物分子。论文共分为四章：第一章,首先对稀土上转换发光纳米材料做了相关的概述,包括概念、发光机制、制备方法、生物应用等,同时引出本论文的研究意义和内容。第二章,利用溶剂热法制备了水溶性的表面修饰有羧基的NaYF4:Yb3+、Er3+稀土上转换发光纳米颗粒。以NaYF4为基质,掺杂离子Yb3+和Er3+离子,以乙二醇为溶剂、6-氨基己酸为修饰剂,通过一步溶剂热法制备了表面修饰有6-氨基己酸的NaYF4:Yb3+、Er3稀土上转换纳米颗粒。通过该方法制备的UCNPs在水中分散良好,且平均粒径为10 nm左右,更适于用于生物检测。第三章,利用已制备的功能性UCNPs （NaYF4:Yb3+、Er3+）,设计了一个基于荧光共振能量转移和适配体识别技术检测癌胚抗原（CEA）的传感器。以UCNPs为能量供体,纳米金颗粒（Au-NPs）为猝灭剂。其中,作为链接UCNPs和Au-NPs的适配体在CEA存在时,将与其结合而使三明治复合物解离,从而使体系荧光恢复。由于适配体的高亲合力和高特异性,实现了对CEA的高灵敏度、高选择性检测,检测范围为0.05-2 ppb,检测限可达0.05 ppb。第四章,设计了一种更为简便的可用于检测凝血酶的适配体生物传感器。该传感器同样是基于UCNPs （NaYF4:Yb3+、Er3+）与纳米金之间的荧光共振能量转移来构建。首先在UCNPs表面修饰上凝血酶适配体,纳米金通过π-π堆积作用吸附适配体,形成UCNPs-AuNPs结构,根据荧光恢复程度对凝血酶进行定量测定。本方法与第三章中介绍的方法相比,不仅操作更加简便,而且还节约了DNA的使用量,降低了检测成本。同时具有较高的灵敏度和较低的检测限,检测范围为0.5-20 nM,重现性良好。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土上转换发光纳米材料
• 1.1.1 稀土上转换发光纳米材料的介绍
• 1.1.1.1 稀土元素
• 1.1.1.2 上转换发光机制
• 1.1.1.3 稀土上转换发光纳米材料
• 1.1.2 稀土上转换发光纳米材料的制备
• 1.1.2.1 水热/溶剂热合成法
• 1.1.2.2 溶胶-凝胶法
• 1.1.2.3 共沉淀法
• 1.1.3 稀土上转换纳米材料在生物方面的应用
• 1.1.3.1 体外检测生物大分子
• 1.1.3.2 细胞及活体成像分析
• 1.1.3.3 免疫分析应用
• 1.2 本论文的研究目的和主要内容
• 4：Yb³⁺、Er³⁺稀土上转换纳米发光材料的制备'>第二章 水溶性NaYF₄：Yb³⁺、Er³⁺稀土上转换纳米发光材料的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 化学试剂
• 4：Yb³⁺,Er³⁺UCNPs的制备过程'>2.2.3 水溶性NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺UCNPs的制备过程
• 2.2.4 材料表征
• 2.3 结果与讨论
• 3+,Er³⁺UCNPs的红外光谱分析'>2.3.1 NaYF4：Yb³⁺,Er³⁺UCNPs的红外光谱分析
• 3+、Er³⁺UCNPs的上转换荧光光谱分析'>2.3.2 NaYF4：Yb³⁺、Er³⁺UCNPs的上转换荧光光谱分析
• 3+,Er³⁺UCNPs的粒径分析'>2.3.3 NaYF4：Yb³⁺,Er³⁺UCNPs的粒径分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于稀土上转换纳米材料与纳米金荧光共振能量转移测定癌胚抗原的传感器研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 DNA序列及化学试剂
• 3.2.3 稀土上转换纳米材料的制备和表面修饰
• 3.2.4 纳米金颗粒的制备和表面修饰
• 3.2.5 CEA的检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 稀土上转换纳米材料及纳米金颗粒的表征
• 3.3.2 传感器的原理
• 3.3.3 纳米金颗粒对稀土上转换纳米材料的猝灭效率
• 3.3.4 CEA的检测
• 3.3.5 选择性和干扰实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于稀土上转换纳米材料与纳米金荧光共振能量转移测定凝血酶的适配体生物传感器研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 缓冲溶液的配制
• 4.2.3 实验步骤
• 4.2.3.1 UCNPs的制备
• 4.2.3.2 纳米金的制备
• 4.2.3.3 凝血酶的检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 检测凝血酶的原理
• 4.3.2 实验可行性研究
• 4.3.3 反应条件的优化
• 4.3.3.1 纳米金浓度对荧光猝灭的影响
• 4.3.3.2 缓冲溶液对荧光恢复的影响
• 4.3.4 凝血酶的检测
• 4.3.5 选择性实验
• 4.3.6 重现性
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历和在读期间发表的论文