可降解生物荧光高分子—半导体量子点荧光复合材料及稀土荧光纳米晶的可控制备、结构与形貌调控及性质研究

论文摘要

生物荧光标记技术在生命科学、医学及相关交叉领域具有重要应用。当前,使用最为广泛的生物荧光标记材料有有机荧光染料、荧光蛋白、半导体量子点和稀土纳米发光材料等。有机荧光染料和荧光蛋白存在光稳定性较差、光漂白和光降解严重等不足,难以用于长时间的荧光标记和跟踪,极大地限制了其应用范围。半导体荧光量子点作为新近发展起来的新型荧光标记材料,具有荧光效率高、宽带激发和窄带发射、光稳定性好、抗光漂白能力强、发光颜色可调等优点,在生物荧光标记、靶向识别、医学治疗等领域具有重要的应用。然而,半导体量子点的化学不稳定和生物毒性,限制了其进一步应用。稀土发光纳米材料具有独特的发光性能,且化学和光学稳定性好,因此被认为在生命科学和医学等领域中具有更为广阔的应用前景。本文基于上述研究背景,较为系统地开展了可降解生物荧光高分子聚合物-半导体量子点复合荧光标记材料和稀土可见及上转换纳米荧光标记材料的可控制备、结构与形貌调控和发光性能研究,并对可降解生物荧光高分子-半导体量子点复合荧光标记材料在MCF7乳腺癌细胞中的生物荧光成像实验进行了探索。本文的具体研究内容和结果归纳如下：（1）通过柠檬酸、脂肪族二元醇与多种氨基酸缩聚,合成系列新型可降解生物荧光高分子（BPLPs）,系统研究了可降解生物荧光高分子（BPLPs）的荧光特性、生物相容性和化学稳定性等。同时,还利用低温溶液化学方法合成了荧光效率较高的半导体CdTe量子点。利用可降解生物荧光高分子（BPLPs）对半导体CdTe量子点表面进行修饰,合成了具有双色发光的可降解生物荧光高分子（BPLPs）-半导体CdTe量子点复合荧光标记材料,并以该复合荧光材料为标记物,系统研究了其在乳腺癌MCF7细胞中的生物荧光成像特性。（2）分别以油酸、油酸-油胺和油胺为表面活性剂,利用溶剂热法成功地合成了立方相（α-）和六方相（p-）NaYF4：Eu3+/Tb3+、六方相Y（OH）3：Eu3+/Tb3+和Y203：Eu3+纳米晶,系统研究了Eu3+/Tb3+掺杂量、温度和时间、前驱物用量、添加剂和表面活性剂用量等对NaYF4：Eu3+/Tb3+、Y（OH）3：Eu3+/Tb3+和Y203：Eu3+纳米晶尺寸、形貌、微结构和发光性能的影响,探讨了NaYF4：Eu3+/Tb3+纳米晶尺寸、形貌和微结构与其发光特性的关系,揭示了NaYF4：Eu3+/Tb3+纳米晶立方相向六方相的转化机制及不同形貌的NaYF4：Eu3+/Tb3+纳米晶的形成机理。（3）以油酸和油酸-油胺为表面活性剂,利用溶剂热法成功地合成了NaYF4：Yb3+,Er3+/Tm3+上转换发光纳米晶,系统研究了Yb3+、Er3+/Tm3+掺杂量、温度和时间、表面活性剂等对NaYF4：Yb3+,Er3+/Tm3+上转换发光纳米晶尺寸、形貌、微结构和发光性能的影响。通过表面氧化方法对NaYF4：Yb3+,Er3+上转换纳米晶的表面进行功能化构造,提高其生物相容性和水溶性,为其后续生物荧光成像研究奠定了基础。（4）系统总结了论文的研究工作,并对论文未尽和待完善的研究工作提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 荧光高分子材料
• 1.2.1 荧光高分子概述
• 1.2.2 荧光高分子光学性质
• 1.2.3 荧光高分子合成方法
• 1.2.4 荧光高分子在生物医学领域中的应用
• 1.3 半导体量子点
• 1.3.1 半导体量子点
• 1.3.2 半导体量子点的发光特性
• 1.4 半导体量子点的应用前景
• 1.4.1 半导体量子点在细胞生物学方面的应用
• 1.4.2 半导体量子点在肿瘤医学方面的应用
• 1.4.3 半导体量子点在标记DNA分子方面的应用
• 1.4.4 半导体量子点在生物芯片研究中的应用
• 1.5 稀土材料
• 1.5.1 稀土元素
• 1.5.2 稀土离子的发光特性
• 1.5.3 稀土材料的发光机制
• 1.5.4 稀土荧光纳米材料
• 1.5.5 稀土荧光纳米材料的制备
• 1.6 本论文选题依据及意义
• 参考文献
• 第二章 可降解生物荧光高分子BPLPs-半导体CdTe量子点复合荧光标记材料的制备、性质及其在生物荧光成像领域的应用初探
• 2.1 引言
• 2.2 仪器和试剂
• 2.2.1 仪器设备
• 2.2.2 试剂
• 2.3 可降解生物荧光高分子BPLPs的合成
• 2.4 可降解生物荧光高分子BPLPs-半导体CdTe量子点复合荧光标记材料的合成
• 2.4.1 碲氢化钠（NaHTe）的制备
• 3NH₃⁺量子点的合成'>2.4.2 半导体CdTe-COONH₃NH₃⁺量子点的合成
• 2.4.3 可降解生物荧光高分子BPLPs-半导体CdTe量子点复合荧光标记材料的合成
• 2.4.4 细胞培养及细胞成像
• 2.5 样品表征
• 2.5.1 荧光光谱（Photoluminescence Spectroscopy）
• 2.5.2 紫外可见吸收光谱（UV-visible Absorption Spectroscopy）
• 2.5.3 红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrometer）
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 可降解生物荧光高分子BPLPs样品的表征
• 2.6.3 可降解生物焚光高分子BPLPs-半导体CdTe量子点复合焚光标记材料在细胞中的生物焚光成像研究初探
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 4：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的可控制备、相转换、形貌控制及发光特性研究'>第三章 稀土下转化NaYF₄：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的可控制备、相转换、形貌控制及发光特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 仪器和试剂
• 3.2.1 仪器设备
• 3.2.2 主要试剂
• 4：Eu³⁺/Tb³⁺、Y（OH）₃：Eu³⁺/Tb³⁺和Y₂O₃：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的合成'>3.3 稀土NaYF₄：Eu³⁺/Tb³⁺、Y（OH）₃：Eu³⁺/Tb³⁺和Y₂O₃：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的合成
• 4：Eu³⁺/Tb³⁺,Y（OH）₃：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的表征'>3.4 NaFY₄：Eu³⁺/Tb³⁺,Y（OH）₃：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶的表征
• 3.4.1 X-射线粉末衍射（X-ray Diffraction,XRD）
• 3.4.2 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）
• 3.4.3 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）
• 3.4.4 发光性质表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 XRD表征结果
• 3.5.2 TEM表征结果
• 3.5.3 SEM表征结果
• 3.5.4 发光性质的表征结果
• 3.5.5 荧光寿命的表征结果
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成及表面功能化'>第四章 稀土上转换NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成及表面功能化
• 4.1 引言
• 4.2 仪器和试剂
• 4.2.1 仪器
• 4.2.2 主要试剂
• 4：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成和表征'>4.3 稀土上转换NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成和表征
• 4：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成'>4.3.1 稀土上转换NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的合成
• 4：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的表征'>4.4 稀土上转换NAYF₄：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶的表征
• 4.4.1 X-射线粉末衍射（X-ray Diffraction,XRD）
• 4.4.2 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）
• 4.4.3 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）
• 4.4.4 上转换发光性质的表征
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 XRD表征结果
• 4.5.2 TEM表征结果
• 4.5.3 SEM表征结果
• 4.5.4 稀土纳米晶上转换发光性质的表征结果
• 4：Yb³⁺,Er³⁺纳米晶的表面功能化'>4.6 稀土上转换NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺纳米晶的表面功能化
• 4：20mol.%Yb³⁺,2mol.%Er³⁺纳米晶的合成'>4.6.1 稀土上转换NaYF₄：20mol.%Yb³⁺,2mol.%Er³⁺纳米晶的合成
• 4：20mol.%Yb³⁺,2mol.%Er³⁺纳米晶的表面功能化'>4.6.2 稀土上转换NaYF₄：20mol.%Yb³⁺,2mol.%Er³⁺纳米晶的表面功能化
• 4.7 结果与讨论
• 4.7.1 红外光谱分析结果
• 4.7.2 XRD表征结果
• 4.7.3 TEM表征结果
• 4.7.4 上转换发光性质的表征结果
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.1.1 可降解生物荧光高分子BPLPs-半导体CdTe量子点复合荧光标记材料
• 4：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶'>5.1.2 稀土下转化NaYF₄：Eu³⁺/Tb³⁺纳米晶
• 4：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶'>5.1.3 稀土上转换NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺/Tm³⁺纳米晶
• 5.2 展望
• 论文发表情况
• 致谢