近红外长余辉发光的多格位可控发射调制

近年来随着光学成像在生物医学基础研究、疾病治疗和临床医学等领域的发展及应用,已成为一种前景广阔的检测技术。医学光学检测技术的发展和应用迫切需求能与之匹配的近红外荧光探针。而近红外长余辉发光材料由于其独特的结构特点,使得这类材料能够存储大量电子和能量,在激发停止后依然能产生较长时间的光发射,具有超长的发光寿命。这种长余辉发光特性可以实现“免原位激发”生物医学成像,从而可以避免原位激发产生的组织自体荧光、背景干扰和对生物组织的光毒性,同时其发射波长在近红外“光学窗口”内,具有较深的组织穿透性。因此,进行近红外长余辉发光材料的机理研究对于新型近红外荧光探针的构建与应用都具有重要的意义。

近期,香港理工大学应用物理学系郝建华教授课题组与华南理工大学材料学院张勤远教授课题组,利用高温固相反应法制备了过渡金属离子Cr3+激活的Ca3Ga2Ge3O12(CGGG)荧光材料。此材料在近红外区域实现了Cr3+的超宽多格位发光,光谱覆盖范围大约为650-1100 nm,高斯拟合发射光谱结果表明激活离子Cr3+至少占据了三种不同的晶体学格位。结合基质CGGG的晶体结构数据、不同Cr3+掺杂浓度下的发射光谱、变温光谱以及荧光材料的电子自旋共振谱(EPR),确认了Cr3+的占位情况。有趣的是,热释光谱表明Cr3+激活的CGGG荧光材料具有长余辉现象,而且比较不同Cr3+掺杂浓度下荧光材料的三维和二维热释光谱,发现有明显的变化,利用这些现象,初步研究格位占据与长余辉发光的关系。通过改变外部条件,例如激活离子的掺杂浓度、激发波长、样品的测试温度等,实现不同格位的选择性长余辉发光,这样就能在一个简单的体系里(Cr3+: CGGG),有效地实现近红外长余辉发光调控。

本研究从多格位可控长余辉发光的角度出发,提出了近红外发光调控的新策略,为近红外长余辉发光材料的研究开拓了新的思路。论文第一作者为2014年度香江学者 (Hong Kong Scholar) 林惠红博士,相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201700227)上。

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