2010中国光学：基于Eu3+ 双模式发光的NaGdF4多功能纳米荧光标记材料
2011-05-30
稀土掺杂无机氟化物纳米荧光标记材料由于其优良的光学性能以及在生物标记等方面的潜在应用，引起了国内外学者的密切关注。相比于有机染料和半导体量子点等荧光标记材料，无机稀土氟化物纳米晶具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命和高发光效率和可调谐荧光发射波长等综合优势，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。
在众多的发光基质中，NaGdF4 具有稳定的物理化学性能，较低的声子能量，不仅能够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+ ）的顺磁性能使得NaGdF4 纳米材料在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，使以NaGdF4 纳米晶为载体设计一种同时具备稀土离子上转换＋下转换双模发光以及顺磁性能的多功能纳米荧光标记材料和磁共振成像显影试剂成为可能。
中国科学院福建物构所陈学元研究员等（
Adv. Mater., 2010, 22, 3266-3271）采用一种独特的设计思路，在300 ℃ 油酸和十八烯的混合溶液中，将Tm3+（Yb3+）和Ed3+ 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 纳米晶中同时实现了铕离子双模式发光（如图所示）。借助于内核中Tm3+ 和Yb3+ 的双敏化作用和核壳结构的优点，在976 nm 的近红外光照射下，实现了高效的铕离子红色上转换发光，其上转换发光强度比Yb3+/Tm3+/Eu3+ 共掺样品提高了一个数量级。这主要是因为核壳结构的设计能有效地抑制共掺情况下由于掺杂浓度过高而引起的交叉弛豫能量猝灭。同时经由基质Gd3+ 离子的敏化，在273 nm紫外光的照射下，也能获得较强的铕离子红色下转换发光。
图注：在NaGdF4核壳结构纳米晶中实现Eu3+ 双模式发光的设计原理图
这种单分散、集铕离子上转换和下转换发光于一身的NaGdF4 核壳结构纳米晶经表面羧基或氨基功能化，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，进行生物科学和生命医学领域中异相或均相分析。以NaGdF4 核壳结构纳米晶为基体的多功能纳米荧光标记材料优点突出，有望成为新一代多功能荧光生物标记材料。
