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稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用一、本文概述随着科技的快速发展，稀土上转换发光纳米材料（Upconversion Luminescent Nanomaterials, UCNMs）因其在生物医学成像领域的独特优势，日益受到研究者们的关注。
本文旨在深入探讨稀土上转换发光纳米材料的制备方法，并系统阐述其在生物医学成像中的应用。
我们将从材料合成的角度出发，详细介绍不同制备方法的优缺点，以及如何通过优化制备过程来提高纳米材料的性能。
我们还将重点分析稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像中的实际应用，包括其在细胞标记、活体成像以及疾病诊断等方面的最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的发展现状和未来趋势。
二、稀土上转换发光纳米材料的制备稀土上转换发光纳米材料，作为一种独特的纳米发光材料，其独特的发光性质使其在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。
制备这种纳米材料的关键在于精确控制其组成、形貌和尺寸，以实现高效的上转换发光性能。
一般来说，稀土上转换发光纳米材料的制备主要包括以下几个步骤：选择合适的稀土离子作为发光中心，如Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等，这些离子具有丰富的能级结构和独特的发光特性。
选择合适的基质材料，如NaYF₄、NaLuF₄等，这些基质材料具有良好的化学稳定性和较高的声子能量，有利于实现高效的上转换发光。
在制备过程中，通常采用溶液法、热分解法、溶胶-凝胶法等化学方法来合成稀土上转换发光纳米材料。
其中，热分解法是一种常用的制备方法，它通过高温热解稀土离子的有机盐，得到高质量的纳米晶体。
为了进一步提高上转换发光性能，研究者还常常采用表面修饰、核壳结构等方法对纳米材料进行改性。
在制备过程中，还需要注意控制实验条件，如反应温度、反应时间、溶剂种类等，以实现对纳米材料形貌、尺寸和发光性能的有效调控。
稀土材料在纳米荧光材料中的应用与研究现状引言纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，具有优异的光学、电学、热学等性质。
纳米荧光材料作为一种重要的纳米材料，具有较强的荧光特性，可广泛应用于生物医学、能源、电子器件等领域。
而稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，被广泛用于纳米荧光材料的研究和应用中。
本文将对稀土材料在纳米荧光材料中的应用和研究现状进行综述。
稀土材料的特性稀土材料是指具有原子编号57至71的元素，也称为镧系元素。
稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，具有以下几个特点：1.显著的光学性质：由于稀土元素的内层电子结构，稀土材料可以发出强烈的荧光，具有较长的激发和发射寿命，适用于纳米荧光材料的制备。
2.宽波段光谱特性：稀土材料可以在可见光范围内发射多种颜色的荧光，可以根据需求调控其发射波长，实现多色发光应用。
3.高量子效率：稀土材料的荧光量子效率一般较高，可以提供较强的荧光信号，在生物标记和荧光探针方面具有广阔的应用前景。
稀土材料在纳米荧光材料中的制备方法稀土材料在纳米荧光材料中的应用主要通过合成纳米荧光材料的方法实现。
常见的制备方法包括溶剂热法、共沉淀法、气相沉积法等。
以下是几种常见的制备方法：1.溶剂热法：将稀土盐、有机溶剂和表面活性剂加热并搅拌反应，经过一系列的步骤，生成纳米荧光材料。
2.共沉淀法：将稀土盐和其他金属盐溶解在水中，调节pH值，添加沉淀剂，生成沉淀，经过煅烧后得到纳米荧光材料。
3.气相沉积法：将稀土金属有机化合物气体引入反应室中，经过一系列的化学反应，生成纳米荧光材料。
稀土材料在生物医学领域的应用稀土材料在生物医学领域的应用主要体现在生物标记、光动力疗法和生物成像等方面。
1.生物标记：通过将稀土材料与生物分子（如抗体、核酸等）结合，可以实现对生物分子在细胞和组织中的定位和追踪，用于疾病诊断和治疗。
2.光动力疗法：将稀土材料作为光敏剂，通过激活产生的荧光来产生活性氧，进而实现光动力疗法，广泛应用于肿瘤治疗等领域。
稀土上转换发光纳米材料在生化分析中的应用作者：陈时靖来源：《科教导刊·电子版》2017年第20期摘要上转换纳米材料是一类通过多光子机制将近红外光转换成短波辐射的稀土掺杂无机发光材料。
本文介绍了上转换材料的发光机制、制备方法以及性能优点，重点概述了近年来稀土上转换发光纳米材料在生物标记、生物监测、生物成像以及疾病诊病与治疗等生化分析领域的应用。
关键词稀土上转换发光材料生化分析分子细胞中图分类号：O614 文献标识码：A1前言上转换纳米材料是一类比较特殊的稀土掺杂无机发光材料，它可以通过多光子机制将近红外光转换成短波辐射，发射出紫外或者可见光，即反斯托克斯发光。
目前，上转换发光的实现主要是通过在氟化物、氧化物、氟氧化物等基质中双掺Yb3+-Er3+、Yb3+-Tm3+、Yb3+-Ho3+等稀土离子组合。
不同稀土离子上转换发光过程是不尽相同的，把上转换发光机制主要分为以下六种：（1）能量传递上转换机制；（2）激发态吸收上转换机；（3）协同敏化上转换机制；（4）协同发光上转换机制；（5）双光子吸收上转换机制；（6）光子雪崩上转换机制。
许多纳米材料的制备方法均可应用于上转换发光材料的制备。
目前上转换发光材料的主要制备方法有沉淀法、热分解法、水热/溶剂热法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法、微乳液法、气相沉积法等等。
上转换发光纳米材料有如下诸多优点：（1）化学稳定性良好，发光过程几乎不受温度、湿度、pH等的影响；（2）光化学稳定性好，且不易被光解；（3）激发波长一般是近红外或红外光，在生物体系中大部分干扰物不会被激发，降低了背景，提高了灵敏度；（4）具备大的激发光组织穿透深度，在高效激发同时避免了对生物体组织的损伤；（5）生物相容性好，毒副作用小；（6）有多个发射峰而且发射谱带窄，有利于进行多重标记；（7）荧光寿命长，可以利用时间分辨荧光等分析技术提高灵敏度；（8）上转换纳米材料是稀土掺杂材料，价格低廉；（9）发光波长可调。
摘要生命科学的研究已经深入到细胞、生物单分子这样的层次，在活体状态下进行细胞、病毒以及生物分子的荧光检测和成像已经成为生命科学领域的研究热点。
近年来，随着纳米技术的不断发展与成熟，利用纳米发光材料制备生物荧光探针的研究成为信息科学、化学、材料科学和生物医学等多学科交叉领域的热点。
其中，稀土发光纳米材料因其独特的光学性质在生物信息领域展示了广阔的应用前景；以稀土发光材料为荧光标记物的研究正在成为生命科学研究领域的热点和前沿。
生物体内大量存在的内源性荧光物质在生物荧光标记和成像过程中会对荧光信号产生非常严重的干扰，从而降低探针信号的信噪比。
如何消除背景荧光的干扰是生物荧光检测技术中需要解决的重要问题之一。
目前广泛应用的有机染料和半导体量子点等荧光标记物的激发光源均为紫外光或蓝紫光，与生物样品中内源性荧光物质的激发波段相同，因此在生物荧光标记和成像过程中会产生大量的背景噪音。
而稀土掺杂的上转换发光纳米材料可以将低频光子转化为高频光子。
通过对材料中敏化剂离子和发光中心离子进行调控可以实现将位于生物组织的光透过窗口（800-1200 nm）的近红外光（波长一般为980 nm）转化为可见光或高频近红外光。
生物组织对这一波段的近红外光吸收非常弱，因此可以避免自发荧光的产生，从而获得较高的荧光信号信噪比。
稀土掺杂纳米上转换发光材料的这些独特光学性质使其可望成为一种极具发展前景的新型生物发光标记材料。
用于生物荧光标记的稀土上转换发光纳米颗粒的制备与性质研究受到了人们广泛的关注。
针对大多数生物实验都要求荧光标记探针具有亲水性、小尺寸（一般要小于50 nm）、较高的发光强度、较好的生物相容性等性质，我们制备了水溶性性稀土掺杂纳米上转换发光颗粒，并利用这种纳米颗粒作为发光探针开展了生物细胞的荧光检测与成像原理性实验。
具体实验工作如下：（1）利用溶剂热法制备了NaYF4:20 mol% Yb, 0.5 mol% Tm上转换纳米晶，实验中以PVP作为表面活性剂，乙二醇作为溶剂。
《稀土核壳磁性—上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究》篇一稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料及介孔纳米催化材料的构筑及性能研究一、引言随着纳米科技的飞速发展，稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料以及介孔纳米催化材料在诸多领域如生物医学、环境科学和材料科学中显示出巨大的应用潜力。
本文旨在深入探讨稀土核壳磁性上转换纳米发光材料的构筑及其性能，同时对介孔纳米催化材料的结构与功能进行研究。
二、稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的构筑1. 材料设计稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料由稀土元素为内核，外部包裹磁性材料和上转换发光材料组成。
设计思路旨在结合磁性材料的高效分离性能与稀土元素丰富的能级和高效的发光特性。
2. 合成方法通过溶剂热法和水热法等化学合成方法，制备出具有特定形貌和尺寸的稀土核壳磁性纳米颗粒。
在此基础上，利用物理气相沉积或化学气相沉积等方法在颗粒表面制备上转换发光层。
三、稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的性能研究1. 磁性能分析利用振动样品磁强计（VSM）等设备对样品的磁性能进行测试，研究其饱和磁化强度、矫顽力等参数。
通过调整材料的成分和结构，优化其磁性能。
2. 上转换发光性能分析利用光谱仪等设备对样品的上转换发光性能进行测试，分析其发光效率、颜色纯度、发光寿命等参数。
研究不同激发光波长和强度对上转换发光性能的影响。
四、介孔纳米催化材料的构筑及性能研究1. 材料设计及合成采用溶胶凝胶法或模板法等制备出具有介孔结构的纳米催化材料。
通过调整制备条件，控制材料的孔径、比表面积和形貌。
2. 催化性能研究以典型反应为研究对象，如CO氧化、烷烃裂解等，通过实验测定催化剂的活性、选择性和稳定性。
研究催化剂的表面性质、孔结构和化学组成对催化性能的影响。
五、结果与讨论1. 稀土核壳磁性-上转换纳米发光材料的磁性和上转换发光性能结果表明，通过优化制备条件，可以获得具有高饱和磁化强度和良好上转换发光性能的纳米材料。
稀土上转换发光应用稀土元素是指第三至第七十个原子序数的元素，这些元素在地壳中含量极少，但它们在现代科技和工业中却有着广泛的应用。
其中，稀土的上转换发光应用是非常重要和炙手可热的一个领域。
下文将从原理、应用、发展前景等方面来探讨稀土上转换发光的应用。
一、上转换发光原理稀土元素的电子结构决定其可以被分成两类：4f电子与外层电子的分离度不同，因而有内层跃迁和外层跃迁两种。
这两种跃迁引起的发光现象不同。
内层跃迁产生的是X射线、紫外线或者硬X射线辐射。
而外层跃迁则是稀土元素发光的基本原理。
稀土元素的最外层电子的量子态分布未完全填满，有一个或几个空的能级存在。
当这些外层电子被激发到高能级后，它们会逐个跃迁回到低能级，这个过程中会释放出可见光、近红外光和紫外光等。
稀土元素的外层跃迁分为两种，即内壳外电子跃迁和内电子外壳跃迁。
前者是指一个4f电子从内层能级跃迁到外层能级，后者是指一个内层电子与外层的4f电子之间进行电荷传递（也称“能量传递”或“电子传递”）过程中发射光子。
因为内层电子的能级更低，它们的外层能级的距离比较远，因此电子传递需要一个或几个中间介体来完成。
中间介体一般是钙钛矿（CaF2和SrF2）或氟化物晶体，如YF3、YbF3等。
稀土上转换发光具有许多优点，如它可以通过调整稀土离子的能级状态来发射不同波段的光，并且易于控制，不容易被破坏。
因此，它在生物医学、光电子学、传感器、光学储存等领域有着广泛的应用。
（一）生物医学应用稀土上转换发光可用于生物医学成像。
较低剂量的上转换荧光可以应用于骨骼成像展现低剂量的高质量成像表现。
稀土上转换发光荧光纳米粒子（UCNPs）的荧光可以通过肌肉组织和皮肤等组织的穿透点，以实现深度组织成像。
这些UCNPs可作为液态标记剂以及针对的成像前引导剂（PGD)。
另外，稀土上转换发光还可以用于分子分析和诊断。
例如，荧光共振能量转移（FRET）是利用稀土上转换发光器件的近红外能量来直接激发染色体分子的荧光共振能量传递(弗雷塔)。
“稀土上转换发光纳米材料”资料合集目录一、稀土上转换发光纳米材料的应用二、稀土上转换发光纳米材料用于近红外光激发的光动力治疗联合肿瘤基因治疗的研究三、稀土上转换发光纳米材料用于小动物成像研究四、稀土上转换发光纳米材料及生物传感研究进展五、稀土上转换发光纳米材料的制备及生物医学应用研究进展六、稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用稀土上转换发光纳米材料的应用随着社会的快速发展，能源问题已成为全球关注的焦点。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力。
有机太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，因其独特的优点和潜在的应用前景，受到了广泛关注。
本文将对有机太阳能电池的研究现状与进展进行简要概述。
有机太阳能电池是一种利用有机材料制成光电转换器件的太阳能电池。
相较于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有质量轻、可弯曲、制备工艺简单等优点。
同时，有机材料种类繁多，可选择性广，有助于实现低成本、高性能的太阳能电池制备。
目前，有机太阳能电池的研究主要集中在以下几个方面：材料设计：针对有机太阳能电池的光电转换效率、稳定性等性能指标，设计并合成新型有机材料是关键。
研究人员通过分子设计、材料掺杂等技术手段，不断提高有机材料的吸收能力、电荷传输性能和稳定性。
界面工程：界面结构对有机太阳能电池的性能具有重要影响。
研究人员通过优化电极界面、活性层与电极之间的界面结构，降低界面电阻，提高电荷的收集效率。
器件结构：器件结构是影响有机太阳能电池性能的重要因素之一。
目前常见的器件结构有单层结构、双层结构和多层结构等。
研究人员通过优化器件结构，提高光电转换效率和稳定性。
工艺优化：制备工艺对有机太阳能电池的性能和成本具有重要影响。
研究人员通过优化制备工艺，实现低成本、高效、大规模的制备。
近年来，有机太阳能电池的研究取得了显著进展。
在材料设计方面，新型有机材料不断涌现，光电转换效率得到了显著提升。
在界面工程和器件结构方面，通过优化设计，提高了电荷的传输和收集效率，同时降低了能量损失。
稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光
稀土掺杂的纳米发光材料是一种现代科技产品，它具有良好的发光性能，广泛应用于生物医学、光电器件、环保和安全等领域。
稀土掺杂的纳米发光材料的制备主要依赖于稀土掺杂剂的合成。
目前，主要有三种合成方法：即湿法合成、固体相反应法和气相反应法。
湿法合成也称水热法，是利用溶液中的溶解度和表面张力，将原料以金属氰酸盐形式溶解于湿态溶液中，利用溶液内部的形成、析出、增溶等物理化学原理使稀土掺杂剂形成，并使稀土掺杂剂在低温下成膜形成，最终获得不同粒度的稀土掺杂剂。
固体相反应法，即利用原料在固体中形成、析出、增溶等物理化学变化，使稀土掺杂剂形成，并在低温下使稀土掺杂剂成膜。
通常，高温烧结是实现固体反应的方法，可以获得较大粒度的稀土掺杂剂。
气相反应法，也称气体反应法，所采用的原料是固体、液体或气体，以及熔解在溶剂中。
在反应温度和压力适当的情况下，稀土掺杂剂在气相中形成，可以获得高粒度的稀土掺杂剂。
稀土掺杂的纳米发光材料的发光特性可以归结于量子级的跃迁发射原理，按照稀土3d 5d 4f能隙发光机制，稀土掺杂的纳米发光材料可以发射出蓝色、绿色、黄色和紫色等多种颜色的光，可以根据不同应用需求，采用多种不同的掺杂方法生产出不同的产品，如采用稀土元素可以扩散紫外线发光，以及采用非稀土元素可以发射出白光等。
稀土掺杂的纳米发光材料可以实现更高效的发光，并且发光同时具有良好的耐久性和稳定性，有助于其在微电子技术领域的广泛应用。
稀土掺杂纳米材料的合成与应用稀土掺杂纳米材料，这名字听起来是不是有点高大上？其实啊，它就在我们身边发挥着大作用呢！我先跟您唠唠稀土掺杂纳米材料是咋合成的。
这就好比我们做蛋糕，得把各种材料按比例、按步骤加进去。
合成稀土掺杂纳米材料也是这样，得精心挑选“原料”。
比如说稀土元素，像镧、铈、镨这些，然后再选好纳米材料的“基底”，像氧化锌、二氧化钛啥的。
把这些东西放进专门的反应容器里，就跟把面粉、鸡蛋、牛奶放进烤箱一样。
还得控制温度、压力、反应时间这些条件。
温度高了不行，低了也不行；反应时间长了短了都可能影响最后的“成品”。
这过程就像炒菜，火候得拿捏得死死的。
有一次，我在实验室里看着学生们做实验合成稀土掺杂纳米材料。
有个小同学，特别紧张，手都有点抖，结果一不小心把试剂的量加错了。
当时我心里那个急呀，可又不能表现出来，只能耐心地引导他重新调整。
最后经过一番努力，总算是合成成功了，那小同学脸上露出的笑容，我到现在都还记得。
说完合成，咱们再聊聊它的应用。
这可真是广泛得不得了！在发光领域，它能让显示屏的色彩更鲜艳、更逼真。
您想想，咱们现在用的手机、电脑屏幕，如果颜色暗淡模糊，那多影响心情呀。
稀土掺杂纳米材料就像是给屏幕穿上了一件漂亮的彩衣，让图像变得清晰明亮。
在医疗方面，它能帮着诊断疾病。
就好像是身体里的小侦探，能精准地找到病变的部位，给医生指明方向。
比如说，有一种稀土掺杂纳米材料可以在特定的条件下发出荧光，当它进入人体后，就能标记出肿瘤细胞，让医生更容易发现问题。
在环保领域，它能净化空气和水。
就像是一个超级清洁工，把那些有害的物质统统清理掉。
比如说，有些稀土掺杂纳米材料可以分解空气中的有害气体，把脏水变得清澈干净。
还有在新能源领域，它能提高电池的性能。
让电动汽车跑得更远，手机电池更耐用。
这对于咱们的生活可太重要啦，谁不想出门的时候手机电量满满，车子动力十足呢？总之，稀土掺杂纳米材料就像是一个神奇的魔法棒，在各个领域施展着它的魔力，让我们的生活变得更加美好。
附件2论文中英文摘要作者姓名：王猛论文题目：稀土掺杂上转换发光纳米颗粒的合成及其在生物分析中的应用作者简介：王猛，男，1983年1月出生，2007年3月师从于东北大学徐淑坤教授，于2011年1月获博士学位。
中文摘要稀土掺杂上转换发光纳米颗粒是一类重要的发光材料，它可以通过双光子或多光子机制将低频率的激发光转换成高频率的发射光。
近年来，上转换纳米颗粒作为一种新型的生物标记物在生物方面的应用倍受人们关注。
与传统的荧光标记物（如有机染料、量子点等）所不同，上转换纳米颗粒的激发光为红外光，可以有效避免生物体自体荧光的干扰，从而提高检测的灵敏度及信噪比。
红外光对生物组织还有良好的穿透能力，对生物样品造成光损伤也较小。
另外，上转换纳米颗粒还具有毒性低、稳定性好、发光强度高、Stokes位移大等优点，在生物标记和生物检测等领域有着非常好的应用潜力。
迄今为止，Yb3+-Er3+、Yb3+-Tm3+离子掺杂的β-NaYF4上转换材料被公认为是所有上转换材料中发光效率最高的。
因此，合成出高质量的稀土掺杂β-NaYF4上转换纳米颗粒是使其在生物等领域广泛应用的前提，具有十分重要的研究意义。
本项研究分别采用络合共沉淀法、热分解法以及溶剂热法合成了β-NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒，并对反应机理进行了探讨。
考察了反应条件对纳米颗粒的粒径、晶体类型以及发光强度等性能的影响。
其中，采用溶剂热法合成的纳米颗粒具有粒径较小、晶型较纯、发光强度高等优点，在生物标记等应用中更具优势。
又将NaYbF4作为发光基质材料，合成了Er3+、Tm3+、Ho3+离子单掺杂以及双掺杂的β-NaYbF4上转换纳米颗粒。
这些纳米颗粒在980 nm红外光的激发下能够产生橙、黄、绿、青、蓝、紫六种颜色的发光，在多色标记和多元分析中有着广阔的应用前景。
另外，将几种亲水性的聚合物作为配体，利用溶剂热法合成了表面聚合物包覆的亲水性β-NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒。
采用经典的Stöber法将合成的上转换纳米颗粒表面包覆SiO2并氨基化修饰，使其具有良好的水溶性和生物相容性。
将氨基修饰纳米颗粒与兔抗人CEA8抗体偶联，通过HeLa细胞表面的CEA抗原与兔抗人CEA8抗体之间的特异性结合，实现了上转换纳米颗粒对HeLa活细胞的免疫标记与成像。
该免疫标记具有特异性良好、时效性高、无自体荧光干扰等优点。
将兔抗羊IgG偶联的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒作为能量的供体、人IgG偶联的纳米金作为能量的受体，构建了二者之间的发光共振能量转移体系，并探讨了该过程的机理。
建立了在该发光共振能量转移体系中利用“夹心法”检测羊抗人IgG抗体的模型，并用于羊抗人IgG抗体的检测。
当羊抗人IgG的浓度C在3~67 μg·mL-1范围内时，体系发光强度的淬灭∆I与C之间呈良好的线性关系，其线性回归方程为∆I = 15.18+3.446C，线性相关系数R = 0.9994。
该方法的检出限（3σ/N）为0.88 μg·mL-1，相对标准偏差RSD为1.3%（C = 60 μg·mL-1，n = 11）。
此外，将表面氨基修饰的NaYbF4:Tm纳米颗粒作为能量的供体、表面羧基修饰的CdTe量子点作为能量的受体，构建了二者之间的发光共振能量转移体系，并探讨了该过程的机理。
考察了受体浓度的变化对体系中供体及受体发光性质的影响。
以上建立的两种模型可以拓展到其他具有特异性结合的体系（例如抗原-抗体体系、生物素-亲和素体系）中，进而用于相关物质的定量检测。
关键词：上转换；稀土发光材料；纳米颗粒；生物探针；共沉淀；热分解；溶剂热；免疫标记；细胞成像；发光共振能量转移Synthesis of Rare Earth Doped Upconversion Luminescent Nanoparticles and Their Applications in Biological AnalysisWang MengABSTRACTRare-earth (RE) doped upconversion (UC) luminescent nanoparticles (NPs), which can convert a longer wavelength radiation to a shorter wavelength luminescence via a two-photon or multi-photon mechanism, have emerged as an important class of luminescent materials. In recent years, UCNPs used as biolabels for biological detections have garnered a tremendous amount of attention due to their unique optical properties. Distinguished from the traditional fluorescent biolabels, such as organic dyes and quantum dots (QDs), UCNPs can be excited by infrared (IR) radiation, which results in an excellent signal-to-noise ratio and improves the detection sensitivity, owing to the absence of autofluorescence (background). Meanwhile, the IR excitation light can penetrate more deeply into biological tissues, with less photo damage to biological samples. In addition, UCNPs also have several advantages, such as low toxicity, good chemical and physical stability, high emission intensity, and large Stokes shifts. Consequently, UCNPs have great superiority as luminescent materials for biolabeling and biological detections. Up to now, the most efficient UC materials are based on hexagonal phased (β-phase) NaYF4, co-doped with Yb3+-Er3+ or Yb3+-Tm3+ion couples. Therefore, the synthesis of RE ion co-doped NaYF4UCNPs with high-quality is of importance, and the precondition for their biological applications.In this study, β-NaYF4:Yb,Er UCNPs were synthesized by the coprecipitation, thermal decomposition, and solvothermal method, respectively, and the reaction mechanism of each method was discussed. The effects of reaction parameters on size, phase and luminescent intensity of the UCNPs were also investigated in detail. In particular, the UCNPs synthesized by solvothermal method have more prominent potentials in biological applications, due to their small size, pure phase, and high luminescent intensity. By co-doping or tri-doping with Er3+, Tm3+ and Ho3+ ions in a single NaYbF4 host, a series of UCNPs were also synthesized by the solvothermal method. These UCNPs could be excited by 980 nm IR radiation to give multicolor emissions, including orange, yellow, green, cyan, blue, and pink, which possesses prominent potentials in the multicolored biolabeling and multiplexed analysis. Furthermore, several kinds of polymer-coated hydrophilicβ-NaYF4:Yb,Er UCNPs were synthesized by using the hydrophilic polymers as the capping ligands, via a similar solvothermal approach.These UCNPs were coated with a thin layer of SiO2to form core-shell NPs and further modified with amino groups via a typical Stöber method. After surface modification, the rabbit anti-CEA8 antibodiy (Ab) were covalently coupled with the UCNPs to form the UCNPs-Ab conjugates, and then used as the biolabels for the immunolabelling and imaging of live HeLa cells, which was achieved by the specific recognization between the rabbit anti-CEA8 Ab and the carcinoembryonic (CEA) antigen, a cancer biomarker expressed on the surface of HeLa cells. This method for the immunolabelling of HeLa cells was found to be well specific, effective, time efficient, and free of autofluorescence.The amino-modified NaYF4:Yb,Er UCNPs and Au NPs were conjugated with human immunoglobulin G (IgG) and rabbit anti-goat IgG, respectively. A luminescence resonance energy transfer (LFET) system, where the resultant biofunctionalized NaYF4:Yb,Er UCNPs and Au NPs serve as the energy donor and acceptor, respectively, was constructed, and the mechanism of this LFET system was discussed in detail. This UCNP-based LFET system was then used to determine the amount of goat anti-human IgG in a sandwich-type bioanalysis. The linear relationship of ∆I = 3.446C+15.18 (R = 0.9994) between the quenching of the luminescent intensity (∆I) and the concentration of goat anti-human IgG (C) was obtained in the range of 3~67 μg·mL-1. Statistical analysis revealed that the detection limit (DL) of goat anti-human IgG concentration was 0.88 μg·mL-1(3σ/N) and the relative standard deviation (RSD) of this detection was 1.3% (obtained from a series of 11 standard samples with each containing 60 μg·mL-1 of goat anti-human IgG). In addition, an LFET system using the amino-modified NaYbF4:Tm UCNPs and carboxyl-modified CdTe QDs as the energy donor and acceptor, respectively, was constructed, and the mechanism of this LFET system was discussed in detail. The effects of concentration of CdTe QDs on the luminescent intensity of LFET system were also discussed. These two LFET systems can also be extended to detect other kinds of biomolecules in the target-recognizing systems, such as the antigen-antibody, and biotin-avidin systems.Key words: upconversion; rare-earth luminescent materials; nanoparticles;biolabeling; coprecipitation; thermal decomposition; solvothermal;immunolabelling; cell imaging; LRET。
