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长余辉材料有着独特的光学性质,在装饰装潢、应急显示、光催化、生物活体成像等领域具有重要的应用前景。其中长余辉材料独特的延迟发光效应,使其在生物活体成像上具有突出的优势,成为具有潜力的生物荧光标记物之一。近几年来关于长余辉标记物化学组成、合成方法、表征手段的研究已经取得了很大进展,然而在功能化应用过程中,依然面临着一些问题:(1)发光强度随着时间延长衰减且难以二次激发,不能实现长时间观测;(2)目前对长余辉材料的生物应用的研究主要停留在生物成像上,其功能单一,因此发展多功能长余辉材料,实现检测+监控+跟踪+治疗等集成应用的研究势在必行。针对以上两个问题,本论文提出了合成双模式(多功能)长余辉材料。通过选择性能优异的长余辉基质材料,然后再添加适当的离子实现长余辉材料功能和模式的拓展。本论文制备的长余辉材料操作方法简单,能有效地解决长余辉材料发光强度随着时间衰减带来的问题,实现多功能化。本文的主要研究内容和成果如下:1.设计并合成了既有近红外长余辉发光(730 nm)又有近红外到近红外的上转换荧光(980→800 nm)的双模式长余辉材料LaAlO3:Mn4+,Tm3+,Yb3+。730 nm的长余辉是源于Mn4+离子的2E→4A2跃迁,及其零声子线的声子边带振动。980→800 nm的上转换荧光是源于Tm3+离子的3H4→3H6跃迁,其发光强度可通过功率来调控,随着功率的增大先增强,后减弱,强度最大值时激光的功率为600 mW。在掺Mn4+的LaAl O3长余辉材料共掺Tm3+离子和Yb3+离子会增加深缺陷,使得长余辉衰减速率减缓,提高长余辉性能。2.设计并合成了既有近红外长余辉发光(700 nm)又有近红外到近红外的斯托克斯下转移荧光(808→1064 nm)的双模式长余辉材料La3Ga5GeO14:Cr3+,Nd3+。700 nm的长余辉发光源于位于八面体的Cr3+离子的2E→4A2的跃迁。808→1064 nm的下转移荧光是源于Nd3+离子的4F3/2→4I11/2跃迁,该种荧光发射有很强的稳定性和可重复性。采用808 nm激光为激发光源能有效减轻生物组织中水对激光能量的吸收,热效应小,对组织器官的损伤小。且Nd3+离子的掺杂会引进新的缺陷,提高样品的长余辉性能。3.设计并合成了既有近红外长余辉发光(700 nm)、又有磁性,还有光热效应的多模式长余辉材料Zn3Ga2SnO8:Cr3+,Gd3+,Nd3+。700 nm的长余辉发光源于Cr3+离子的2E→4A2的跃迁。磁性是源于Gd3+离子的7个未成对电子。光热效应是由于Nd3+离子能吸收激808 nm激光能量并转化成热量,使样品温度升高,测试表明,掺杂了Nd3+离子的样品在激光辐照下升温幅度比未掺杂样品更为明显。本论文提出的合成双模式长余辉材料为解决长余辉材料发光强度随着时间延长衰减的不足提供了新思路,使得深组织、高分辨率、高信噪比的细胞、组织乃至于其他复杂系统的生物成像成为可能。本论文提出的合成多功能长余辉材料将成像和治疗结为一体,为高分辨率成像、低副作用的可视化癌症治疗提供新的可能,在生物应用上有很大的前景。