高掺Tb 3+ 上转换纳米颗粒能量传递研究及单分子纳米探针的构建

发布时间：2022-01-27 05:16

　　上转换纳米颗粒作为一类优质的荧光探针材料,已经在检测领域表现出巨大的应用前景。其中,用单颗粒构建荧光纳米探针具有重要的研究意义,因为它可以对单分子进行检测,揭示分子层面的物理化学性质,而这种性质是通过总体观察不能实现的。但是目前开展单分子检测比较困难,原因主要来自两方面:第一,传统的上转换纳米颗粒多为低浓度稀土离子掺杂,从纳米颗粒到一些功能性分子之间的能量响应是非常弱的,这可能是由于低掺杂时稀土离子之间距离较远导致的弱的能量传递作用;第二,目前高浓度稀土离子掺杂的上转换纳米颗粒中,离子之间增强的相互作用使能量快速传递到颗粒表面,最终被颗粒表面淬灭基团所吸收,发生严重的浓度淬灭效应。因此,如何设计上转换纳米颗粒使之作为能量供体,通过颗粒与分子之间的能量交互作用,在单颗粒的尺度下对单分子进行检测分析仍然是一个非常大的挑战。本论文基于上述科学问题,选取Tb³⁺作为激活离子,合成了不同浓度Tb³⁺掺杂的核壳上转换纳米颗粒作为能量供体,并选择带羧基的氟硼二吡咯染料衍生物（BODIPY TMR carboxylic acid,BDP TMR）作为受体小分... 

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Ln3+的4fn构型的能级图[10]

浙江大学硕士学位论文4图1.2Yb3+/Er3+，Yb3+/Tm3+系统中的激发及发射过程的能级示意图。虚线点箭头指吸收过程，虚线箭头指能量传递过程，点箭头指多声子弛豫过程，实线箭头指发射过程[4]Fig.1.2Energy-leveldiagramofYb3+/Er3+andYb3+/Tm3+system,showingtheexcitationandemissionprocess.Thedashed-dotted,dashed,dotted,andfullarrowsrepresentphotonexcitation,energytransfer,multi-phononrelaxation,andemissionprocesses,respectively[4]表1.2常见的基质材料点阵的最高声子能[17]Table1.2Highestphononlatticeenergyofcommonlyusedmatrices[17]

第一章绪论51.1.2上转换机理基于镧系离子的跃迁法则[18,19]，UCNPs的上转换过程主要有8种机理（图1.4），包括激发态吸收（ESA），能量传递上转换（ETU），协同敏化上转换（CSU），合作上转换（CU），交叉弛豫（CR），光子雪崩（PA），能量迁移上转换（EMU）和能量级联上转换（ECU）[20-23]。这些机理的本质都是通过单个镧系离子的激发态能级的连续吸收或者离子-离子之间激发态能级的相互作用而实现的，使得能量可以在两个或更多的镧系离子之间传递[24]。单个颗粒内的镧系离子f-f跃迁，局部晶体场以及离子分布，共同决定了上转换机理的类型。图1.4上转换机理能级结构示意图。（a）激发态吸收（ESA）；（b）能量传递上转换(ETU)；（c）协同敏化上转换（CSU）；（d）合作上转换（CU）；（e）交叉弛豫（CR）；（f）光子雪崩（PA）；（g）能量迁移上转换（EMU）；（h）能量级联上转换（ECU）[25]Fig.1.4Energyleveldiagramsillustratingeightphotonupconversionprocesses:(a)excitedstateabsorption(ESA);(b)energytransferupconversion(ETU);(c)cooperativesensitizationupconversion(CSU);(d)cooperativeupconversion(CU);(e)crossrelaxation(CR);(f)photonavalanche(PA);(g)energymigrationupconversion(EMU)and(h)energycascadedupconversion(ECU)[25]（1）激发态吸收（ESA）：指单个稀土离子对激发光光子的连续吸收，这要求稀土离子有着阶梯状的丰富的多能级结构，如图1.4-a所示的三能级结构，代表两次连续光子吸收。为了实现高效的ESA过程，需要选取具有阶梯状能级排


本文编号：3611838