磁性荧光纳米复合材料的制备与表征

论文摘要

在众多的多功能纳米材料中,磁性荧光纳米材料因为同时具备多种优良性能,而在生物医学领域有着越来越广泛的应用,并成为科学家们研究的热点。磁性荧光材料将磁性能和荧光性能结合在一起,使其在生物成像、细胞标记、药物载体及肿瘤热疗等方面得到应用。设计和开发同时具有良好的磁性与荧光性能的纳米复合粒子,并对其进行磁性荧光性能的研究,是本论文的主要工作。本文成功制备出Fe3O4/ZnS纳米复合粒子和γ-Fe2O3/ZnS纳米复合粒子。同时对上述粒子的磁性荧光性能进行了表征,采用两种粒子进行体外细胞实验并测定其细胞毒性;通过稀土掺杂制备了γ-Fe2O3/ZnO:Eu纳米复合粒子和Fe3O4/ZnS:Tb纳米复合粒子,测定了这两种复合纳米粒子的荧光性能并对其荧光光谱进行了分析,讨论了稀土离子掺杂对其荧光性能的影响。具体的研究成果如下:（1）采用共沉淀法制备出粒径为10 nm的Fe3O4纳米粒子,反应中采用十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂对Fe3O4粒子进行表面改性。采用原位生成法制备出Fe3O4/ZnS纳米复合粒子,复合粒子呈球形,粒径分布比较均匀,尺寸在70-100 nm之间。分别对其荧光性能以及磁性能进行了测试,结果表明复合粒子的磁性能和荧光性能均良好。以人肝癌细胞（HepG2细胞）为细胞模型,研究了Fe3O4/ZnS纳米复合粒子的细胞成像功能;以人宫颈癌细胞（Hela细胞）为细胞模型,采用四甲基偶氮唑盐微量酶反应法（MTT法）研究了Fe3O4/ZnS纳米复合粒子的体外细胞毒性,结果表明该复合粒子具有良好的细胞成像功能和生物相容性。（2）采用原位生成法制备出粒径分布均匀的球形γ-Fe2O3/ZnS纳米复合粒子,尺寸在100-200 nm之间。对其荧光性能以及磁性能进行测试,证明该复合粒子具有良好的磁性能和荧光性能。利用MTT法测定了γ-Fe2O3/ZnS纳米复合粒子的细胞毒性,在最大浓度达1.763μg/ml时,细胞生长抑制率为73%,由此可知复合粒子的毒性比较小。（3）采用溶胶-凝胶法和共沉淀法,分别制备出Eu3+掺杂的ZnO纳米粒子（ZnO:Eu）和Tb3+掺杂的ZnS纳米粒子（ZnS:Tb）。粉末X射线衍射（XRD）表明,稀土离子的掺杂并没有改变ZnO和ZnS的晶型结构,通过能谱分析（EDS）得到了产物中稀土元素与锌元素的原子比,证实了产物中稀土元素的存在。荧光性能测试结果表明,稀土离子(Eu3+、Tb3+)的荧光特征峰均在原子掺杂浓度为3%时达到最强。随后,将ZnO:Eu纳米粒子及ZnS:Tb纳米粒子分别与γ-Fe2O3和Fe3O4米粒子复合,制备出γ-Fe2O3/ZnO:Eu和Fe3O4/ZnS:Tb磁性荧光纳米复合粒子,并对其荧光性能进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纳米材料的性质
• 1.3 纳米材料与生物医学
• 1.4 磁性纳米材料
• 1.4.1 磁性纳米材料简介
• 1.4.2 磁性纳米材料的性质
• 3O₄和γ-Fe₂0₃ 结构'>1.4.3 Fe₃O₄和γ-Fe₂0₃结构
• 1.4.4 磁性纳米粒子的制备方法
• 1.4.4.1 化学共沉淀法
• 1.4.4.2 微乳液法
• 1.4.4.3 溶剂热合成法
• 1.4.4.4 溶胶-凝胶法
• 1.4.4.5 热分解有机物法
• 1.4.5 磁性纳米粒子在生物领域中的应用
• 1.4.5.1 生物磁分离应用
• 1.4.5.2 磁共振成像
• 1.4.5.3 免疫检测
• 1.4.5.4 靶向药物载体
• 1.4.5.5 磁热疗
• 1.5 半导体量子点
• 1.5.1 量子点的基本特性
• 1.5.1.1 量子尺寸效应
• 1.5.1.2 表面效应
• 1.5.1.3 宏观量子隧道效应
• 1.5.1.4 库伦阻塞效应
• 1.5.1.5 介电限域效应
• 1.5.2 量子点的发光机理
• 1.5.3 量子点的光谱特性
• 1.5.4 量子点的合成方法
• 1.5.4.1 沉淀法
• 1.5.4.2 微波加热反应法
• 1.5.4.3 水热和溶剂热合成
• 1.5.4.4 模板法
• 1.5.4.5 Zn 系列的量子点合成方法
• 1.5.5 量子点的优越性
• 1.6 磁性荧光纳米复合材料
• 1.6.1 磁性荧光纳米复合材料的制备
• 1.6.2 磁性荧光纳米复合材料的应用
• 1.7 稀土元素掺杂 ZnO 纳米粒子
• 1.7.1 ZnO 的晶体结构
• 1.7.2 稀土元素掺杂ZnO 纳米粒子
• 1.8 选题的目的及意义
• 3O₄/ZnS 磁性荧光纳米粒子的制备及其性能研究'>第二章Fe₃O₄/ZnS 磁性荧光纳米粒子的制备及其性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及仪器
• 2.2.2 实验方法
• 3O₄ 纳米磁性粒子的制备'>2.2.2.1 Fe₃O₄纳米磁性粒子的制备
• 2.2.2.2 ZnS 纳米粒子的制备
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子的制备'>2.2.2.3 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子的制备
• 2.2.3 表征
• 2.3 实验结果与分析
• 3O₄ 纳米粒子的形貌分析'>2.3.1 Fe₃O₄纳米粒子的形貌分析
• 2.3.2 ZnS 纳米粒子的形貌分析
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子的XRD 分析'>2.3.3 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子的XRD 分析
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子的形貌分析'>2.3.4 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子的形貌分析
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子的磁性能分析'>2.3.5 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子的磁性能分析
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子的荧光性能分析'>2.3.6 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子的荧光性能分析
• 2.3.6.1 紫外光激发荧光光谱分析
• 2.3.6.2 荧光显微镜分析
• 3O₄/ZnS 纳米复合粒子与细胞的相互作用及细胞毒性'>2.3.7 Fe₃O₄/ZnS 纳米复合粒子与细胞的相互作用及细胞毒性
• 2.4 本章小结
• 20₃/ZnS 磁性-荧光纳米复合粒子的制备与表征'>第三章 γ-Fe₂0₃/ZnS 磁性-荧光纳米复合粒子的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 20₃ 纳米粒子的制备'>3.2.2.1 γ-Fe₂0₃纳米粒子的制备
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的制备'>3.2.2.2 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的制备
• 3.2.3 表征
• 3.3 实验结果与分析
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的XRD 分析'>3.3.1 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的XRD 分析
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的形貌分析'>3.3.2 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的形貌分析
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的荧光性能'>3.3.3 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的荧光性能
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的超顺磁性分析'>3.3.4 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的超顺磁性分析
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子的形成机理分析'>3.5 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子的形成机理分析
• 20₃/ZnS 纳米复合粒子与细胞的相互作用及细胞毒性'>3.6 γ-Fe₂0₃/ZnS 纳米复合粒子与细胞的相互作用及细胞毒性
• 3.7 本章小结
• 第四章 稀土元素掺杂 ZnO、ZnS 纳米粒子及其磁性荧光纳米复合粒子的制备与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及仪器
• 4.2.2 实验方法
• ³⁺掺杂的ZnO 纳米粒子'>4.2.2.1 制备Eu³⁺掺杂的ZnO 纳米粒子
• 3+掺杂的γ-Fe₂0₃/ZnO 纳米复合粒子'>4.2.2.2 制备Eu³⁺掺杂的γ-Fe₂0₃/ZnO 纳米复合粒子
• 3+掺杂的ZnS 纳米粒子'>4.2.2.3 制备Tb³⁺掺杂的ZnS 纳米粒子
• 3+掺杂的Fe₃O₄/ZnO 纳米复合粒子'>4.2.2.4 制备Tb³⁺掺杂的Fe₃O₄/ZnO 纳米复合粒子
• 4.2.3 表征
• 4.3 结果与讨论
• 20₃/ZnO:Eu 纳米粒子'>4.3.1 ZnO:Eu 及γ-Fe₂0₃/ZnO:Eu 纳米粒子
• 4.3.1.1 XRD 分析
• 4.3.1.2 反应溶剂对ZnO:Eu 纳米粒子形貌的影响
• 4.3.1.3 形貌分析
• 4.3.1.4 荧光性能分析
• 3O₄/ZnS:Tb 纳米粒子'>4.3.2 ZnS:Tb 及Fe₃O₄/ZnS:Tb 纳米粒子
• 4.3.2.1 XRD 分析
• 4.3.2.2 形貌分析
• 4.3.2.3 荧光性能
• 4.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文、申请专利、参与项目及所获奖励