稀土上转换发光材料是一种遵循反Stokes定律的发光材料,具有近红外激发、发光寿命长、可忽略不计的自体荧光、物理化学性质稳定、低生物毒性等优点,使得上转换发光材料在光催化、分子开关、生物成像、医学治疗等领域展现出不可取代的应用价值。本论文围绕上转换发光颗粒与多孔材料/聚合物复合材料开展了设计与制备,研究了基于上转换发光粒子复合材料的微观结构-发光性能-应用性能间构效关系,实现在光动力治疗、光催化降解和分子开关中的应用。本论文的主要研究内容如下:(1)针对光动力治疗中存在光组织穿透性有限、疗效低、乏氧等问题,合成了大介孔二氧化硅包覆上转换纳米颗粒Na YF_4:Yb,Er@Na YF_4:Yb,Nd(UCNP)的新型抗菌剂UCNP@MC540@m Si O_2/Ag(UMSAg)。重点考察了UMSAg的理化性质、光学性质、载药率、药物释放和抗菌性能等,并分析其抗菌机理。结果表明,通过大介孔的二氧化硅载体和等孔径Ag颗粒酰胺键结合,UMSAg实现了对光敏剂部花青540(MC540)高达9%负载率,有效地避免光敏剂的过早释放。在近红外光(980 nm)照射下UCNP发射强绿光,可激活光敏剂MC540产生单线态氧。在体外抗耐药菌实验中,UMSAg抗菌剂表面的氨基基团可快速靶向细菌膜,在近红外光(980 nm)照射下,有效实现Ag颗粒和活性氧的双重抗菌作用,UMSAg抗菌剂(150μg/m L)对耐药金黄色葡萄球菌和耐药铜绿假单胞菌的杀伤率近乎100%,显著优于对照组UCNP@MC540@m Si O_2。这项工作为高效抗菌药物的设计提供了良好的思路,并在深部组织细菌感染方面具有潜在的应用前景。(2)为了改善上转换纳米颗粒的疏水性和光敏剂靶向性有限等问题,基于上一章节制备的Na YF_4:Yb,Er@Na YF_4:Yb,Nd纳米颗粒,通过引入能量迁移层Na YF_4:Yb作为中间层,实现了Na YF_4:Yb,Er@Na YF_4:Yb@Na YF_4:Yb,Nmetabolomics and bioinformaticsd(UCNP)在近红外(808 nm)激发下上转换发光的增强。进一步,采用硅烷PEG磷脂功能化UCNP,与光敏剂孟加拉玫瑰红(RB)和MMP14单克隆抗体(mAb)结合设计了一种高穿透性、特异性靶向的UCNP@DPS-ICG@m Si O_2-RB/mAb新型光敏剂。重点探究了上转换纳米颗粒的光学性能和硅烷PEG磷脂的用量,以及新型光敏剂的理化性能、载药率、细胞摄取、细胞成像、活性氧释放和光动力疗效等。结果表明,通过硅烷PEG磷脂的表面修饰和天线分子吲哚菁绿(ICG)的增强吸收,实现了UCNP@DPS-ICG@m Si O_2在水相中荧光性能高于UCNP环己烷相。介孔UCNP@DPS-ICG@m Si O_2载体对光敏剂RB实现高负载率可达11.8%。在808 nm照射下,UCNP@DPS-ICG@m Si O_2-RB/mAb能够产生大Fer-1细胞培养量单线态氧,改善了光动力治疗的深度。与非靶向UCNP@DPS-ICG@m Si O_2-RB相比,UCNP@DPS-ICG@m Si O_2-RB/mAb具有单线态氧产生量增多,表现更优异的光动力治疗效果,为膀胱癌治疗开辟了一条新途径。(3)为了解决光催化剂在有机污染物降解应用中存在光响应范围有限、光诱导载流子的快速复合、稳定性差等难题,将Na YF_4:Yb,Tm@Na YF_4:Yb,Nd@Ti O_2(Tm@Nd@Ti O_2)纳米颗粒锚定在多孔二氧化硅/碳静电纺丝纤维(m SC)表面,制备了一种Tm@Nd@Ti O_2/m SC宽带负载催化剂。探究了Tm@Nd@Ti O_2复合粒子在复合纤维表面的分散以及复合纤维的光学性能、吸附性能、光催化性能、循环性能,并分析复合纤维的光催化机理和降解污染物的作用机selleck NMR制。Tm@Nd@Ti O_2核壳结构能够有效地实现Na YF_4:Yb,Tm@Na YF_4:Yb,Nd和Ti O_2能量转换,吸收近红外/可见光光跃迁产生紫外光供给Ti O_2壳层。制备的Tm@Nd@Ti O_2/m SC复合材料具有连通介孔结构和碳网络,有利于提高对有机污染物的吸附能力,促进光生载体子的分离,进一步提高整体光催化性能。通过降解甲基橙(MO)溶液评价了Tm@Nd@Ti O_2/m SC的吸附性能和光催化活性。结果表明:当MO浓度达到200 mg/L时,Tm@Nd@Ti O_2/m SC复合材料的最大吸附值为196.4 mg/g,显著高于一些碳基吸附剂。当Ti O_2含量仅为0.04 g/L时,在300 W氙灯(全光谱)照射下Tm@Nd@Ti O_2/m SC复合材料的降解速率是Tm@Nd@Ti O_2纳米颗粒的3倍。本研究展现了将碳基载体与上转换发光材料相结合开发高效宽带光催化剂的巨大潜力。(4)针对传统光响应材料刺激光(紫外光)穿透性有限、对材料和生物体的危害较大等问题,采用Na YF_4:Yb,Tm@Na YF_4:Yb,Nd@Na YF_4(UCNP)和硅氧烷主链偶氮苯聚合物(PAzo)结合制备了兼具近红外响应性和可重复使用性的胶粘剂。UCNP与基体主链羟基基团间存在强的氢键作用,确保了上转换纳米颗粒在基体中均匀分散,重点研究了不同功率近红外光(NIR)照射对复合膜的光异构化、粘弹性、粘附能以及循环使用性等性能影响,探讨了近红外光驱动手性分子光开关的机理。研究结果表明:当UCNP的含量为5%时,颗粒在复合膜中表现良好的分散性,且复合膜的力学性能最佳,拉伸强度比纯聚合物提高了26.6%。在NIR照射下,复合膜的内部同时产生双色光(紫外光/蓝光),快速刺激偶氮苯分子达到光异构化动态平衡。在高功率(5 W/cm~2)下复合膜发生反式-顺式的光异构化,其粘弹性明显下降,最大粘附力和粘附能比PAzo分别下降了35%和64%,而在低功率(0.5 W/cm~2)下复合膜表现顺式-反式的光异构化,其粘附性能基本保持不变。另外,复合膜循环6次依然保持良好的粘附性能。在模拟应用中,高功率NIR照射10 s复合膜即发生脱粘现象。本研究展现了将偶氮苯聚合物与上转换发光材料结合开发NIR光控胶粘剂的巨大潜力。