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稀土纳米发光材料制备及应用稀土是我国的重要战略资源，实现稀土高值利用和产业链延伸一直是我国稀土产业长期发展的战略目标，稀土离子在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学，对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域。

1、技术背景和意义

稀土是我国的重要战略资源，实现稀土高值利用和产业链延伸一直是我国稀土产业长期发展的战略目标，稀土离子在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学，对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域。

2、技术原理、技术要点

（1）设计研制低温高分辨激光光谱和上转换发光绝对量子产率测试系统，首次实现3K下皮秒瞬态荧光的快速检测，为上转换发光材料优选和性能评价提供一种可量化比较的重要手段。

（2）通过低温高分辨荧光光谱揭示了在稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体如NaYF4中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象；实现了稀土离子在宽禁带半导体纳米晶如ZnO和TiO2的体相掺杂和强荧光发射。

（3）利用核壳结构实现Eu3+在水溶性NaGdF4纳米晶的上转换和下转换双模荧光；突破高温前驱体注射法合成技术，制备出发光性能优良的LiLuF4:Ln3+核壳结构纳米晶，实现Er3+和Tm3+的高效上转换发光，其绝对量子产率分别达到5.0%和7.6%。

（4）研制基于稀土氟化物和氧化物纳米探针的新一代荧光生物标记材料，并成功用于生物分子尤其是肿瘤标志物的异相和均相检测；发展了基于KGdF4:Ln3+纳米探针的光/磁双模生物标记方法，实现TR-FRET生物检测和MRI成像；构筑了中空核壳结构的稀土荧光生物探针，实现对人肺癌细胞的高效上转换光动力学治疗；建立基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析方法（DELBA），基于DELBA新型试剂盒已实现对人血清肿瘤标志物循环肿瘤细胞、CEA、PSA和AFP等的高灵敏特异性检测，检测限达到临床检测标准。

3. 应用情况及效果

稀土纳米发光材料是一类性能优异的荧光探针，在纳米光电子器件、平板显示、纳米生物标记和传感器等方面有广阔的应用前景。虽然它们作为纳米荧光生物标记材料的研发刚刚起步，成熟的试剂尚未面市，取代常规的荧光染料标记有待时日，但只要实现技术上的一点突破，其产生的经济社会效益都难以估量，这也是欧美国家不惜投巨资支持该领域研发的目的。

随着生命科学和医学研究的日益深入如临床诊断、生物成像、生物芯片，预期对新型高效荧光标记材料的市场需求越来越大，追求高性能和降低成本必然首当其冲。稀土荧光标记材料将直接介入免疫分析、血清白蛋白-药物作用和肿瘤标志物等热点研究领域，具有重要的科学价值和商业价值，今后还可以推广到其它生物和生命医学领域，在国内外科研机构、生物制药和医学等部门拥有广大用户群。

用于荧光标记的试剂目前绝大多数为进口产品，技术为国外垄断，因此价格高得惊人。据初步市场调查，美国GE Healthcare出售的Cy3/Cy5荧光标记试剂，1 mg售价约$200-500；Invitrogen公司出售的Alexa Fluor染料试剂盒可高达$1000。与Cy或Alexa Fluor等染料相比，我们的生物标记材料预计成果转移转化进入市场化，其成本有望大大降低（低于100倍以上，基于进口的分析纯4N以上稀土氧化物售价100-600元/g，国产的仅售5-30元/g）。由于生物标记材料技术含量高，其产品的附加值高，带来的经济社会效益将相当可观。

目前本项目研究成果正与多家企业开展密切合作，对人体血清中肿瘤标志物CEA的检测限为0.1 pg/mL（0.5fM），达到临床检测标准。预期研发一系列基于稀土纳米荧光探针的重大疾病体外检测与诊断POCT（现场快速检测）试剂盒并产业化，实现稀土在健康医疗领域的超高值利用。