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长余辉发光纳米材料由于具有较高的成像分辨率,常作为生物成像纳米探针。另外,磁共振成像由于对人体无害且适用于深组织成像,而广泛应用于医学检查等方面。但与光学成像相比,磁共振成像探测灵敏度较低,会导致误诊。而长余辉成像则可以弥补这一缺点,该材料在被激发光照射一段时间之后仍能保持较长时间发光,因此可以在检测和成像前激发,极大地避免了激发光在生物成像时产生的背景干扰,具备高信噪比的优点。综上,为发挥互补作用,实现高空间分辨率、高灵敏度的成像效果,得到更全面更准确地诊断信息,制备获得同时可作为磁共振成像造影剂与余辉光学成像光学探针双功能的纳米粒子,在生物成像及医学诊断领域具有重要的实际意义。本文采用自蔓延燃烧法制备了不同掺杂浓度的单一相GdAlO3:x%Cr3+及GdAlO3:1%Cr3+,y%Eu3+深红长余辉发光纳米粒子,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激发和发射光谱等技术手段,较系统地研究了其微结构及光学特性,并进行了发光动力学分析。实验结果表明:1.Cr3+离子取代了 GdAlO3中的Al3+离子格位,单掺杂样品的平均粒子尺寸约为202 nm。从GdAlO3:x%Cr3+样品的激发谱中可以发现,240 nm、424 nm及583 nm的激发峰分别对应于Cr3+离子的本征发射,即4A2→4T1(4P),4A2→4T1(4F)和4A2→4T2(4F)的跃迁,而275 nm和313 nm的激发峰是由于GdAlO3基质中的Gd3+离子8S2/7→6Ij和8S2/7→6P2/7的跃迁。由发射谱可知,在583 nm的激发下,在650-750 nm第一生物学窗口范围内,出现四个深红光发射峰。其中,725 nm处的发射峰归属为禁戒跃迁2E到4A2的零声子线(PZL),700 nm和750 nm处的发射峰可归属为2E到4A2的声子边带(PS)的发射。在0.1%-2.0%的掺杂浓度范围内,随着铬离子掺杂浓度升高,这些发射峰的强度先增强后减弱,最优浓度为1%。而位于735 nm处的发射峰强度随Cr3+离子浓度增大而增大,其归属于Cr3+-Cr3+对的发光。实验发现,对单掺杂样品可观察到位于725 nm的长余辉发光,其中GdAlO3:1%Cr3+纳米粒子的余辉时间最长,并超过30 s。2.在上述Cr3+最优浓度(1%)基础上,通过Eu3+取代GdAlO3基质中Gd3+的格位,实现了 Eu3+/Cr3+共掺杂。实验发现,在266 nm(来源于Eu3+的电荷迁移态的吸收)激发下,在红光区域范围内可观察到以位于614 nm处的发射(来自Eu3+离子的5D0→7F2的电偶极跃迁)为主的一系列发射峰。尤其,由于存在Eu3+到Cr3+的能量传递,在第一生物学窗口出现了位于725 nm处Cr3+的发射峰。当Eu3+浓度为13%时,在275 nm紫外光照射5 min停止后,发现共掺样品在位于725 nm处Cr3+的余辉发光强度进一步增强。3.与Cr3+单掺杂样品相比,Eu3+/Cr3+共掺杂样品的平均粒子尺寸虽然减小到167 nm,但其余辉发光强度明显增强。通过比较分析单掺杂和共掺杂样品的发射光谱和发光动力学的结果,验证了由于Eu3+到Cr3+的持续能量传递的存在引起了较显著地第一生物学窗口余辉发光增强的结论,为设计新型的长余辉发光纳米材料提供了新的思路。