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稀土元素无论被用作发光(荧光)材料的基质成分,还是被用作激活剂、共激活剂、敏化剂或掺杂剂的发光材料,一般统称为稀土荧光材料。稀土掺杂发光纳米材料具有发射光谱窄、发光寿命长、光稳定性好、Stokes位移大、毒性低等特点,尤其是上转换发光纳米材料以其特有的发光性能和生物相容性在细胞标记和活体成像的应用领域已经崭露头角。作为一个新的电致化学发光(electrochemiluminescence,ECL)材料,稀土材料正在引起了人们的关注。电致化学发光其本质上代表电化学和光谱之间的结合,通过整合双方优势,ECL拥有超过其他光学方法的独特优势:ECL并不需要光源,这不仅简化了检测装置还可以降低散射光以及荧光的杂质的背景信号。以纳米粒子(NPS)为基础的电致化学发光材料打开了电致化学发光材料的一个新的领域,引领新一代的ECL发光材料的发展。与量子点不同,基于稀土掺杂的发光纳米颗粒的ECL作为一类新兴的ECL材料,有非常优越的化学和光学特性,例如毒性低,发光强度强和更稳定的阴极信号。以上种种优点使得稀土纳米荧光材料成为继量子点之后兴起的另一类新的、理想的电致化学发光材料。本论文对上转换稀土纳米材料的电致化学发光性能进行探究,在合成上转换稀土纳米粒子的基础上,对其表面进行改性,再将其与生物大分子结合,将稀土纳米粒子作为生物传感器基底组装到电极表面,进行了一系列电化学发光测试和样品检测,实现了稀土纳米材料在生物发光传感器方面的应用。据此,本项研究立足于制备稀土掺杂发光纳米材料以及考察所合成纳米材料在ECL发光和生物分子检测等领域中的应用,具体内容如下:1.运用简便方法合成油溶性的NaYF4:Yb,Er纳米粒子(NPs),随后将其羧酸化转为水溶性,并用IR、NMR和TEM等方法进行表征。羧酸化的NaYF4:Yb,Er NPs能很容易的进行生物标记并且固定在电极上,用于电致化学发光生物分析。使用这种材料制备的免疫传感器显示了良好的分析性能:选择性高、线性范围宽、稳定性和重现性好。该方法也可用于血清样品检测。使用这种上转换纳米粒子(UCNPS)制备高度灵敏的癌胚抗原(CEA)电致化学发光免疫传感器,初步说明了其作为生物发光标记在电致化学发光领域的巨大应用价值。2.我们首次报道了 Mn2+掺杂的NaYF4:Yb,Er纳米粒子的ECL行为。Mn2+的存在扰乱了 Er3+的绿光和红光发射之间的能量转移,促进了红光发射的发生,产生高强度的ECL信号和令人满意的信号稳定性;研制了使用修饰Si02-NH2层的Mn2+-NaYF4:Yb,Er纳米粒子结合金的纳米粒子,由金纳米粒子捕获CEA抗体的探针在过硫酸钾缓冲溶液中检测CEA的无标记ECL传感器。传感器对临床血清样本的检测结果与参考值基本一致,且具有高灵敏度、高效、低毒等特点,可作为早期阶段癌症诊断的指示器,对癌症早期阶段的临床诊断和治疗具有十分重要的意义。3.使用一锅水热法合成了 NaYF4:Yb,Er纳米粒子和碳纳米管的复合物。通过TEM、SEM-EDS和XPS等分析手段,以及电致化学发光技术观察了其形貌、粒径和电致化学发光性能。通过对其组成成分、结构和性质的分析,得到如下结论:(1)碳纳米管被成功复合到NaYF4:Yb,Er纳米粒子表面,复合前后纳米粒子的形貌并无变化。(2)碳纳米管修饰后的NaYF4:Yb,ErNPs的电致化学发光信号得到很大改善,并且有良好的电致化学发光稳定性。