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Ce基稀土氟化物及其功能复合纳米材料的制备及性能研究

中文摘要

随着纳米技术的快速发展,纳米材料中具有光学、磁学、热学等特性的功能性材料

脱颖而出，在生物成像、肿瘤早期诊断、磁靶向药物输送与释放、磁分离、磁热疗等方

面具有令人瞩目的发展前景。其中，稀土发光纳米材料因为其独特的物理化学特性，在

生物荧光成像和医学诊断治疗方面具有诱人的发展潜力。尤其是近红外二区荧光探针可

以实现更深层组织的荧光成像并提高其成像分辨率。具有超顺磁性的尖晶石型铁氧体纳

米材料因其优异的磁性能和低的生物毒性，在磁共振成像、磁靶向药物治疗方面展示出

重要的应用价值。此外，光热材料可以吸收近红外光将其转换为热能来治疗恶性肿瘤且

不伤害健康组织。然而，目前单一的功能性纳米材料无法提供充足的信息用于肿瘤精准

诊断和有效的治疗。因此，通过两种或多种材料的功能性互补制备兼具光、磁、热等性

能优异的新型复合纳米材料具有十分重要的研究意义。基于这一研究方向，我们将磁性

材料、稀土发光材料和光热材料进行组装，旨在构建一种集光学和磁共振多模式成像与

治疗为一体的多功能纳米体系。本论文主要研究内容如下：

（1）本章中，首先采用高温热分解法制备出CoFeO纳米颗粒，然后通过二氧化

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硅对其包覆，获得CoFeO@SiO纳米粒子。最后通过尿素沉积法和水热法将

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NaGdF:Ce,Eu沉积到CoFeO@SiO纳米粒子的表面，制备出具有核-壳-壳结构的

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CoFeO@SiO@NaGdF:Ce,Eu光磁双功能复合纳米材料。测试结果表明，在紫外激发

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下，该纳米复合物在可见光区发射出明亮的红光，并且在室温下具有超顺磁性，表现为

在外部磁铁吸引时，样品能很快地聚集在一起，具有很强的磁响应。因此，

CoFeO@SiO@NaGdF:Ce,Eu纳米材料有希望成为一种荧光/磁共振双模态成像造影剂。

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（2）在可见区发射的稀土纳米材料具有较浅的组织穿透和较低的成像分辨率，在

很大程度上限制了它们在生物荧光成像领域的使用。因此，在本研究中，我们选取具有

3+3+

NIR-II区发射性能的Ce/Er共掺NaYbF作为稀土发光材料，同时引入光热材料，利

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用PDA物质吸收近红外将光能转换为热能这一机制，达到热消融肿瘤细胞的目的。首

先使用溶剂热法制备出磁性ZnFeO纳米颗粒，进一步采用一锅法将PDA嫁接在

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I

ZnFeO纳米颗粒的表面，形成ZnFeO@PDA。最后将稀土氟化物NaYbF:Ce,Er沉积

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在ZnFeO@PDA纳米颗粒的表面，形成最终的ZnFeO@PDA@NaYbF:Ce,Er多功能

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纳米材料。对该复合材料的形貌、结构、光学性能、光热性能以及磁性能进行表征和测

试。结果表明，该材料在室温下表现出优异的超顺磁性和极好的光热稳定性。但是该纳

米晶在NIR-II区表现出的荧光强度与预想的实验结果相差较大，并且制备的颗粒尺寸不

利于生物体内成像应用。值得一提的是，该材料所具有的光热转换稳定性以及磁响应效

果在磁共振成像以及磁靶向引导光热治疗方面有很大的发展潜力。

（3）基于上一章的实验探究，本章选取一种与NaYbF:Ce,ErNPs具有相同发光机

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制的NIR-II区发光材料CeF:Yb,ErNPs，通过优化该纳米晶的尺寸、形貌，系统地探究