“Lu2O3:Eu3+@SiO2-pABA杂化纳米粒子的合成与表征：发光性能的提升及生物相容性研究”

新型铕掺杂氧化镥-二氧化硅复合纳米材料通过溶胶-凝胶法及回流工艺制备，经FTIR、XRD、SEM和TGA表征证实其结构稳定且热性能优异。共价修饰的4-氨基苯甲酸（pABA）显著增强了能量传递效率，使UV激发下的可见荧光强度提升，同时细胞毒性测试显示其生物相容性优异，适用于生物成像与光学诊断。

　　

玛丽亚·卢兹·卡雷拉-霍塔（María Luz Carrera-Jota）|安娜·莱蒂西亚·阿雷吉·梅纳（Ana Leticia Arregui Mena）|卡洛斯·费利佩·埃尔南德斯-富恩特斯（Carlos Felipe Hernández-Fuentes）|佩德罗·阿德里安·马丁内斯-蒙托亚（Pedro Adrián Martínez-Montoya）|费尔南多·华雷斯-洛佩兹（Fernando Juárez-López）|安赫尔·德·赫苏斯·莫拉莱斯-拉米雷斯（ángel de Jesús Morales-Ramírez）

ESIQIE-IPN。阿道夫·洛佩兹·马特奥专业单位（Unidad Profesional Adolfo López Mateo），地址：米格尔·贝尔纳德大道（Av. Miguel Bernard S/N），萨卡滕科社区（Col. Zacatenco），古斯塔沃·A·马德罗州（Del. Gustavo A. Madero），邮编07738，墨西哥城，墨西哥

摘要

本研究合成了新型混合纳米材料，这些材料基于掺铕的镥氧化物（Lu₂O₃:Eu³⁺），并将其嵌入二氧化硅（SiO₂）基质中，并通过溶胶-凝胶法和回流法与4-氨基苯甲酸（pABA）共价修饰。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）进行了结构、形态和热性能分析，证实了这些高度稳定的混合系统的成功制备。光致发光研究表明，其发光强度显著增强，这归因于有机配体向Eu³⁺离子的有效能量转移以及pABA共价键合带来的稳定效果。优化的Lu₂O₃:Eu³⁺@SiO₂-pABA混合材料在紫外光激发下表现出强烈的可见光发射，并且比未修饰的材料具有更高的发光效率。使用MDA-MB-231乳腺癌细胞进行的细胞毒性实验表明，这些纳米材料具有优异的生物相容性，突显了它们在生物成像和光学诊断等生物医学应用中的潜力。总体而言，这些发现证明了pABA修饰在制备热稳定、高发光性和生物相容性混合纳米结构方面的有效性，从而扩展了其在先进材料工程和生物技术设备中的应用范围。

部分内容摘录

引言

在过去十年中，对具有定制物理化学性质的材料的需求不断增长，这加速了混合纳米结构系统设计的研究。其中，基于镧系元素的有机-无机杂化材料因其出色的发光性能、化学稳定性和潜在的多功能性而受到越来越多的关注。特别是含有铕（III）和镥（III）的镧系化合物，表现出明显的发光带和较大的斯托克斯位移（Stokes shifts）。

材料

使用的材料包括：四水合醋酸镥（Lu(CH₃CO₂)₃·4H₂O（纯度99.99%）、五水合硝酸铕（Eu(NO₃)₃·5H₂O（纯度99.9%）、乙酸（CH₃COOH，纯度98%）、乙酰丙酮（C₅H₈O₂，纯度99%）、四乙基正硅酸盐（SiC₈H₂₀O₄，纯度98%）、盐酸（HCl，纯度97%）、碳酸氢钠（NaHCO₃，纯度99%）和对氨基苯甲酸（C₇H₇NO₂，纯度99%），以及相应的反应级溶剂，均由Sigma-Aldrich公司提供。所有实验均使用去离子水（DI）进行。

细胞培养和细胞活力检测

实验中使用了人类乳腺癌细胞（MDA-MB-231）

结构特性

为了研究晶体结构及表面修饰的影响，对SiO₂包覆的Lu₂O₃:Eu3+（pABA修饰前，见补充图S2）以及最终的Lu₂O₃:Eu3+、pABA和混合系统（见图1）进行了X射线衍射（XRD）分析。所有样品均显示出立方相Lu₂O₃的特征衍射面，包括（222）、（400）、（440）和（622）面，与标准JCPDS卡片No. 43-1021一致。

结论

总之，本研究报道了通过共价修饰对氨基苯甲酸（pABA）制备的Lu₂O₃:Eu^{3+@SiO₂纳米颗粒的合成及其全面表征。共价表面修饰不仅提高了结构稳定性，还促进了更有效的能量转移途径，从而显著提升了发光性能。所得到的混合材料具有优异的热稳定性，在紫外光激发下表现出强烈的红光发光。}

CRediT作者贡献声明

费尔南多·华雷斯-洛佩兹（Fernando Juárez-López）：验证、监督。安赫尔·莫拉莱斯-拉米雷斯（Angel Morales-Ramírez）：撰写、审稿与编辑、实验研究、资金申请。玛丽亚·卢兹·卡雷拉-霍塔（María Luz Carrera-Jota）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、实验研究。安娜·莱蒂西亚·阿雷吉·梅纳（Ana Leticia Arregui Mena）：数据分析。卡洛斯·费利佩·埃尔南德斯-富恩特斯（Carlos Felipe Hernández-Fuentes）：方法学设计、数据管理。佩德罗·阿德里安·马丁内斯-蒙托亚（Pedro Adrián Martínez Montoya）：概念构思

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

竞争利益声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢墨西哥国立理工学院通过SIP项目（项目编号20253565和20251162）提供的财政支持，以及为完成本研究提供的实验设施。同时，我们也感谢科学技术、人文、技术及创新部（SECIHTI）对科学研究的支持。此外，我们衷心感谢贝克西·马琳·布斯蒂略·佩雷斯（Ph.D. Bexi Marlene Bustillo Pérez）在编辑工作上所提供的帮助。