www.188betkr.com 讯上转换发光的概念是20世纪60年代研究稀土掺杂荧光粉末时提出，上转换发光（UCL）是一种反斯托克斯发光，指材料吸收长波长的低能量光后经能级跃迁，发射短波长的高能量光的发光过程。20世纪90年代后，纳米科学技术快速发展，上转换纳米材料也取得高速发展，其应用范围逐渐拓宽至生物、医药、工业等领域。经过近30年的研究，上转换纳米材料的开发和上转换发光机制的研究也逐渐成熟起来，其中，掺杂稀土元素的上转换纳米材料（UCNPs）的研究备受关注。
稀土掺杂上转换纳米材料（REEs-UCNPs）
稀土掺杂上转换纳米材料（REEs-UCNPs）是稀土元素掺杂于晶体构成的纳米颗粒发光材料，其基本结构由基质、激活剂和敏化剂组成，可以通过多层修饰制备出表面修饰配体不同的纳米颗粒。UCNPs融稀土与纳米颗粒的独特性于一体，可以在红外光(800-1000nm)的激发下发出不同颜色的可见光或紫外光，与传统荧光材料相比，具有发光强度高、荧光寿命长、激发能量低、组织穿透能力强、对机体组织损伤小和生物相容性好等特点。
稀土掺杂上转换纳米材料的合成
REEs-UCNPs的制备技术对其发光性能、尺寸分布、稳定性和形貌有很大影响。目前常用来制备REEs-UCNPs的方法主要包括水热/溶剂热合成法、热分解法、共沉淀法和微波辅助加热法等。然而，不同方法制备的镧系上转换纳米颗粒因具有不同的尺寸大小、表面形貌、晶体几何结构，因此要获得颗粒形貌均一、性质稳定的高质量的REEs-UCNPs对制备方法还需要进一步研究。
（1）水热/溶剂热法
水热/溶剂热法是以水或有机溶剂作为反应溶剂，将纳米晶体溶剂分散其中，使其在高温高压密闭的反应容器中结晶生长。水热/溶剂热法为合成形态和结构可调的单分散纳米颗粒的一种简单有效的方法，可以改变实验条件，如反应时间、温度、溶剂的类型及其组成等改变REEs-UCNPs的尺寸、晶相和形貌等特性。
水热法制备REEs-UCNPs的操作方法简单，所需的反应温度一般低于220℃，所得的REEs-UCNPs形貌均匀、结晶性较好。但由于难以对反应过程实施调控，若无后续退火或表面修饰，直接水热产物有时结晶度不足，需进一步优化。
（2）热分解法
热分解法是制备单分散、高结晶 REEs-UCNPs 的经典路线之一，但对设备与操作环境要求较高。该法是金属前体物质在高沸点有机溶剂中加热后，在高温下分解成相应的金属和氟化物离子，同时在热能作用下爆发成核，结晶生长形成单分散纳米颗粒，反应一般要在惰性气体保护下进行，且反应温度为250-330℃。通过调控升温程序来调节前体的分解速率进而控制单体浓度，最终调控镧系元素上转换纳米颗粒的形貌尺寸和晶型结构。虽然热分解法可以制备高结晶度、尺寸均匀、形貌可调的REEs-UCNPs，但存在许多局限性，例如需要较高的反应温度、昂贵的前驱体、对空气敏感的反应过程以及有害的副产物。
（3）共沉淀法
共沉淀法是指在含有两种或多种阳离子的均相溶液中，各离子相互作用经沉淀反应后可得到组分均匀的沉淀。共沉淀法分为高温溶剂共沉淀法和简单共沉淀法。
高温溶剂共沉淀法是一般以油酸/1-十八烯为溶剂，以氯化稀土和氟化铵为阴离子和阳离子的前体，油酸还可作为配体与稀土离子配位从而有效控制单体的浓度。高温溶剂共沉淀法合成的REEs-UCNPs粒径尺寸小、结晶度高，但反应过程需要保持无氧、无水的条件，合成条件较苛刻，且合成的颗粒表面一般呈疏水性，需要对表面进行修饰才能有利于后续实际应用。
简单共沉淀法是以水作为溶剂，稀土硝酸盐和氟化铵作为离子前体，在室温或者100℃左右的温度下搅拌混合得到结晶沉淀，并经过高温煅烧得到结晶度较好的上转换纳米颗粒。简单共沉淀法具有合成成本低、合成路线相对简单以及易于工业化的优点，但所得纳米颗不均匀、尺寸大小难以控制，且直接结晶沉淀析出的纳米颗粒结晶度低，上转换发光强度低，后续需要高温煅烧来提高结晶度。
（4）其他合成方法
除了上述的合成方法外，溶胶-凝胶法、固态反应法、离子液体法、微波辅助法等其他方法各有优劣。
稀土掺杂上转换纳米材料的应用
稀土掺杂上转换纳米颗粒因其独特的性质在多个领域展现了广阔的应用前景。其中，低毒性是其备受关注的特点之一，这一特性使其在生命科学领域得到了广泛应用。例如，在检测传感方面，REEs-UCNPs可以用于生物分子的高灵敏检测，为生物医学研究提供了有力工具。在光动力治疗方面，它们可以作为光敏剂的能量供体，通过上转换发光触发光敏剂产生活性氧（ROS），实现对癌细胞的杀伤。此外，在活体成像领域，REEs-UCNPs的发光性能使其能够实现对生物体内微观结构和生理过程的可视化观察。
除了生命科学领域，REEs-UCNPs的抗光漂白性质也使其在高等级防伪和信息储存等领域得到了广泛应用。在防伪领域，利用REEs-UCNPs的发光特性可以制作出难以伪造的防伪标签或图案。
在信息储存方面，REEs-UCNPs的多层核壳结构和可调谐发光性能为实现高密度、高安全性的数据存储提供了可能。
小结：
稀土掺杂上转换纳米材料(REEs-UCNPs)作为一种新型高效的上转换发光纳米材料，具有反斯托克斯位移大，发射光谱窄、发光寿命长、材料毒性低等优点，已成为光动力学治疗、生物成像、构建生物传感器、防伪、信息存储等领域的研究热点。制备方法虽多，但性能优异的REEs-UCNPs仍依赖材料、生物学与医学的深度交叉基础研究，为其广泛应用奠定基石。
参考来源：
1、文媛.NaMF4型稀土掺杂上转换纳米材料的合成及其荧光检测应用
2、彭微，程娇娇等.稀土掺杂的上转换纳米材料的生物毒性与其作用机制
研究进展
3、张君宇.基于稀土上转换材料的纳米自组装体用于肿瘤协同治疗的研究
4、沈建军.稀土掺杂上转换纳米材料组学毒理研究及其生物抗菌应用
5、贾松，王雪飞等.稀土掺杂上转换发光材料的研究进展
6、白安琪，彭孔浩等.稀土掺杂上转换纳米粒子的表面功能化修饰及其生物应用
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