1、稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料 1 導導 師：陸師：陸 軍軍 教授教授 報告人：秦玉梅報告人：秦玉梅 日日 期：期：2014.4.212014.4.21 定義定義： 指指受到光激發(fā)時，可以發(fā)受到光激發(fā)時，可以發(fā) 射比激發(fā)波長短的熒光的射比激發(fā)波長短的熒光的 材料材料。 上上轉(zhuǎn)換發(fā)光的本質(zhì)是一種轉(zhuǎn)換發(fā)光的本質(zhì)是一種 反反Stokes發(fā)光，因此，也發(fā)光，因此，也 稱上轉(zhuǎn)換發(fā)光為反稱上轉(zhuǎn)換發(fā)光為反Stokes 發(fā)光發(fā)光。 稀土上稀土上轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換材料簡介材料簡介 優(yōu)點優(yōu)點： 光穩(wěn)定性光穩(wěn)定性強、發(fā)射帶窄、強、發(fā)射帶窄、 熒光壽命長、化學穩(wěn)定熒光壽命長、化學穩(wěn)定 性高、潛在生物毒性性高、潛在

2、生物毒性低低 采用采用近紅外連續(xù)激發(fā)光近紅外連續(xù)激發(fā)光 源激發(fā)還使其具有較大源激發(fā)還使其具有較大 的光穿透深度、無光閃的光穿透深度、無光閃 爍和光漂白、無生物組爍和光漂白、無生物組 織自發(fā)熒光以及對生物織自發(fā)熒光以及對生物 組織幾乎無組織幾乎無損傷損傷 稀土發(fā)光材料的組成稀土發(fā)光材料的組成 敏化劑敏化劑：摻入能夠?qū)⒈晃盏哪芰總鹘o發(fā)光中心的雜質(zhì)：摻入能夠?qū)⒈晃盏哪芰總鹘o發(fā)光中心的雜質(zhì) 激活劑激活劑( (發(fā)光中心發(fā)光中心) )：改善純基質(zhì)：改善純基質(zhì)材料的發(fā)光性能材料的發(fā)光性能 Eu、Tb、Er、Ho、Tm、Pr 等三價離子為主等三價離子為主 共激活劑共激活劑：基質(zhì)材料中摻入一類有利于發(fā)光中心

3、的形成的雜質(zhì)：基質(zhì)材料中摻入一類有利于發(fā)光中心的形成的雜質(zhì) 基質(zhì)材料基質(zhì)材料：激活：激活離子提供適合的發(fā)射晶體離子提供適合的發(fā)射晶體 晶態(tài)晶態(tài)： 單晶單晶( (YVOYVO4 4、 、YAG YAG、BaYBaY2 2F F8 8等等) ) 非晶態(tài)：陶瓷非晶態(tài)：陶瓷和玻璃和玻璃 納米晶粉末納米晶粉末( (稀土的氟化物、氧化物、稀土的氟化物、氧化物、磷酸鹽磷酸鹽等等),), I.I. 從從發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象到發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象到上轉(zhuǎn)換上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生機制的研究產(chǎn)生機制的研究, ,建立了三種最建立了三種最 基本的上轉(zhuǎn)換機制基本的上轉(zhuǎn)換機制, ,即基態(tài)吸收即基態(tài)吸收/ /激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)吸收、基態(tài)吸收、基態(tài)吸收吸收/

4、 /交交 叉弛豫、雪崩叉弛豫、雪崩交叉弛豫交叉弛豫機制機制 II.II. 各種各種上轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的階段上轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的階段, ,對對上轉(zhuǎn)換材料的組成及其特上轉(zhuǎn)換材料的組成及其特 性做了系統(tǒng)的研究性做了系統(tǒng)的研究, ,得到了各種類型的優(yōu)質(zhì)上轉(zhuǎn)換得到了各種類型的優(yōu)質(zhì)上轉(zhuǎn)換材料材料 III.III. 新新的上轉(zhuǎn)換機制以及上轉(zhuǎn)換性能與材料的的上轉(zhuǎn)換機制以及上轉(zhuǎn)換性能與材料的組成、結(jié)構(gòu)、組成、結(jié)構(gòu)、 形成形成工藝工藝條件的條件的對應(yīng)關(guān)系的對應(yīng)關(guān)系的研究研究 發(fā)展發(fā)展的三個階段：的三個階段： 上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理 激發(fā)態(tài)吸收激發(fā)態(tài)吸收連續(xù)能量轉(zhuǎn)移連續(xù)能量轉(zhuǎn)移交叉弛豫交叉弛豫 合作上轉(zhuǎn)換合作上轉(zhuǎn)換

5、“光子雪崩光子雪崩”過程過程 稀土發(fā)光稀土發(fā)光材料的發(fā)光機理材料的發(fā)光機理 按照能量轉(zhuǎn)換方式按照能量轉(zhuǎn)換方式不同，稀土不同，稀土發(fā)光材料可以分為下轉(zhuǎn)換發(fā)光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可以分為下轉(zhuǎn)換發(fā)光和上轉(zhuǎn)換 發(fā)光發(fā)光 下轉(zhuǎn)換下轉(zhuǎn)換發(fā)光發(fā)光： 上轉(zhuǎn)換發(fā)光：上轉(zhuǎn)換發(fā)光： 連續(xù)能量轉(zhuǎn)移連續(xù)能量轉(zhuǎn)移 合作上轉(zhuǎn)換合作上轉(zhuǎn)換 交叉弛豫交叉弛豫 2021-7-3 u 近紅外近紅外量子量子計數(shù)器計數(shù)器 u 激光器激光器 u 三維立體顯示三維立體顯示 u 熒光粉熒光粉 u 傳感器傳感器 u 生物標記生物標記 應(yīng)用應(yīng)用 基于基于FRET的的UCNPs/siRNA-BOBO-3 復合物體系復合物體系 研究研究了了siRNA在

6、在活體細胞內(nèi)的釋放與生物穩(wěn)定活體細胞內(nèi)的釋放與生物穩(wěn)定 性性 Langmuir, 2010, 26: 6689-6694 用于用于Goat anti-human IgG 的的免疫分析免疫分析 UCNPs 和和AuNPs 之間之間FRET過程過程 Anal. Chem., 2009, 81: 8783 980nm 激發(fā)時激發(fā)時pH 傳感器在不同傳感器在不同pH值下的上值下的上 轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜 Chem. Commun., 2009, 5000 免疫分析及生物傳感免疫分析及生物傳感 上轉(zhuǎn)換熒光開關(guān)原理圖上轉(zhuǎn)換熒光開關(guān)原理圖 LaF3:Yb,Ho UCNPs 摻雜摻雜到載到載 有光致變色米基有光致變色米基硼硼-二二噻吩噻吩 乙烯乙烯的的PMMA聚合物聚合物薄膜薄膜中，中， 基于基于分子間的能量轉(zhuǎn)移分子間的能量轉(zhuǎn)移構(gòu)建構(gòu)建 了了非破壞性上轉(zhuǎn)換熒光非破壞性上轉(zhuǎn)換熒光開光。開光。 光導光導開關(guān)開關(guān) Chem. Commun., 2008, 4