稀土納米發光材料製備及應用檢視原始碼討論檢視歷史

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稀土納米發光材料製備及應用稀土是我國的重要戰略資源，實現稀土高值利用和產業鏈延伸一直是我國稀土產業長期發展的戰略目標，稀土離子在不同介質材料中的光學性能主要取決於其局域態的電子結構和激發態動力學，對稀土發光材料開展深入的光學和光電子學基礎研究有助於發現新穎的光學性能或開闢新的應用領域。

1、技術背景和意義

稀土是我國的重要戰略資源，實現稀土高值利用和產業鏈延伸一直是我國稀土產業長期發展的戰略目標，稀土離子在不同介質材料中的光學性能主要取決於其局域態的電子結構和激發態動力學，對稀土發光材料開展深入的光學和光電子學基礎研究有助於發現新穎的光學性能或開闢新的應用領域。

2、技術原理、技術要點

（1）設計研製低溫高分辨激光光譜和上轉換發光絕對量子產率測試系統，首次實現3K下皮秒瞬態熒光的快速檢測，為上轉換發光材料優選和性能評價提供一種可量化比較的重要手段。

（2）通過低溫高分辨熒光光譜揭示了在稀土摻雜陽離子無序分布結構的晶體如NaYF4中普遍存在的結晶學位置對稱性破缺現象；實現了稀土離子在寬禁帶半導體納米晶如ZnO和TiO2的體相摻雜和強熒光發射。

（3）利用核殼結構實現Eu3+在水溶性NaGdF4納米晶的上轉換和下轉換雙模熒光；突破高溫前驅體注射法合成技術，製備出發光性能優良的LiLuF4:Ln3+核殼結構納米晶，實現Er3+和Tm3+的高效上轉換發光，其絕對量子產率分別達到5.0%和7.6%。

（4）研製基於稀土氟化物和氧化物納米探針的新一代熒光生物標記材料，並成功用於生物分子尤其是腫瘤標誌物的異相和均相檢測；發展了基於KGdF4:Ln3+納米探針的光/磁雙模生物標記方法，實現TR-FRET生物檢測和MRI成像；構築了中空核殼結構的稀土熒光生物探針，實現對人肺癌細胞的高效上轉換光動力學治療；建立基於稀土納米晶溶解增強的熒光免疫分析方法（DELBA），基於DELBA新型試劑盒已實現對人血清腫瘤標誌物循環腫瘤細胞、CEA、PSA和AFP等的高靈敏特異性檢測，檢測限達到臨床檢測標準。

3. 應用情況及效果

稀土納米發光材料是一類性能優異的熒光探針，在納米光電子器件、平板顯示、納米生物標記和傳感器等方面有廣闊的應用前景。雖然它們作為納米熒光生物標記材料的研發剛剛起步，成熟的試劑尚未面市，取代常規的熒光染料標記有待時日，但只要實現技術上的一點突破，其產生的經濟社會效益都難以估量，這也是歐美國家不惜投巨資支持該領域研發的目的。

隨着生命科學和醫學研究的日益深入如臨床診斷、生物成像、生物芯片，預期對新型高效熒光標記材料的市場需求越來越大，追求高性能和降低成本必然首當其衝。稀土熒光標記材料將直接介入免疫分析、血清白蛋白-藥物作用和腫瘤標誌物等熱點研究領域，具有重要的科學價值和商業價值，今後還可以推廣到其它生物和生命醫學領域，在國內外科研機構、生物製藥和醫學等部門擁有廣大用戶群。

用於熒光標記的試劑目前絕大多數為進口產品，技術為國外壟斷，因此價格高得驚人。據初步市場調查，美國GE Healthcare出售的Cy3/Cy5熒光標記試劑，1 mg售價約$200-500；Invitrogen公司出售的Alexa Fluor染料試劑盒可高達$1000。與Cy或Alexa Fluor等染料相比，我們的生物標記材料預計成果轉移轉化進入市場化，其成本有望大大降低（低於100倍以上，基於進口的分析純4N以上稀土氧化物售價100-600元/g，國產的僅售5-30元/g）。由於生物標記材料技術含量高，其產品的附加值高，帶來的經濟社會效益將相當可觀。

目前本項目研究成果正與多家企業開展密切合作，對人體血清中腫瘤標誌物CEA的檢測限為0.1 pg/mL（0.5fM），達到臨床檢測標準。預期研發一系列基於稀土納米熒光探針的重大疾病體外檢測與診斷POCT（現場快速檢測）試劑盒並產業化，實現稀土在健康醫療領域的超高值利用。