上转化纳米新突破: 稀土上转换纳米迎来了“最佳吸收点”

基于其独特高效的反-斯托克斯发光光学特性,稀土上转化纳米颗粒正在成为一类重要的荧光材料,被广泛的应用于生物医学影像, 生物标识, 光动力治疗,药物寄送, 太阳能电池,三维显示等许多领域。它 通常由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成。由于其激发在近红外,因此可以获得比可见光更深的生物组织穿透深度。然而众所周知的是,由于依赖于镱离子作为敏化剂,现有的上转化纳米颗粒的吸收波长无法调节, 被限制在镱的吸收峰980nm附近。不幸的是这一波长和生物体系内的水分子的吸收峰重叠,因此在生物成像实验, 尤其是需要高强度激光的单颗粒跟踪实验中会引起细胞和组织液的温度升高。其组织穿透从而也收到明显限制。

针对这一瓶颈问题, 美国马塞诸塞大学医学院(University of Massachusetts-Medical School) 韩纲教授领导的课题组开创性的首先提出和发展了钕镱串接的双敏化上转化纳米颗粒。在这个系统中,上转化纳米颗粒吸收峰被有趣的移至生物组织光学理想窗口中水吸收的最低处 (800 nm )。在这个全新的体系中,第一级敏化剂钕离子捕捉800nm 附近光子,再把能量通过第二级 “桥梁”敏化剂镱离子传给激活剂实现上转化发光。对比传统单敏化系统, 韩课题组展示了这种新材料的更深的吸收传透深度和更少的水溶液吸收。

这一成果开启了上转化发光的一个新时代,已经引起同行广泛关注。这一新突破必将大大推动和拓展了上转换纳米技术在红外探测,生物标识、医学成像防伪技术等领域的应用。