综述:上转换发光纳米粒子和高分子的杂化材料的研究进展

MRC稀土上转换发光材料具有非常独特的光学性质(反斯托克斯发光)。通常的荧光材料可以把高能量的激发光转变为低能量的荧光,即短波长的激发光可以被转变为长波长的荧光(下转移发光)。而稀土掺杂的上转换材料通过多光子过程能够使低能量的近红外光转换成为更高能量的近红外光和可见光,甚至是紫外光。三价稀土离子独特的电子能级结构及其较长的亚稳态能级寿命在这一过程中扮演了重要的角色。由于当代纳米科学的飞速发展及稀土上转换纳米材料合成技术的日臻完善,使纳米上转换发光这一领域在最近10年来蓬勃发展并取得众多令人振奋的研究成果,成为目前纳米科学备受瞩目的研究热点之一, 其近红外光激发、化学性质稳定、较低的生物毒性及发射带宽窄的特点使上转换纳米材料在显示、医学影像、药物传递、诊断、传感、防伪等很多领域具有令人期待的应用。尤其是生物领域,由于近红外光对人体组织具有更大的穿透能力和极低的背景荧光干扰,使上转换纳米晶和传统的荧光染料分子及量子点相比较具备特殊的优势,有希望成为一种新型的荧光探针。而高分子聚合物在上转换纳米材料的制备、后期的表面修饰及加工方法等方面都起到了重要的作用,赋予纳米粒子新颖的性质和特点。举例来说,高质量的上转换纳米晶大部分是在非极性的有机溶剂中制备,疏水的表面性质限制了它们在生物领域的应用,而通过多功能的亲水性高分子的表面修饰不仅为纳米粒子提供了良好的水溶解性,同时可以连接靶向、抗体、药物分子等。另外,由于高分子具有无机材料所不能比拟的多种简单方便的加工成型技术,因此高分子/上转换纳米晶复合材料为光学材料的制备及器件加工提供了基础。为此,中科院长春应化所林君和程子泳研究员为Macromolecular Rapid Communications撰写了一篇综述,简介了稀土掺杂的上转换纳米晶的发光机理和结构,并重点回顾了高分子/上转换纳米晶杂化材料领域所取得的最新进展及潜在的应用,希望这篇综述能够为对高分子及上转换发光感兴趣的材料学家起到一定的引领作用。