高效的Er3+敏化核壳结构纳米晶用于短波近红外区的生物成像

作为医学影像领域研究的一次重要技术突破,短波近红外区 (900-1700 nm)的荧光成像技术为生物体提供了精确的生理和病理信息。然而,目前开发的短波近红外材料受限于发光量子产率低、易光漂白、发射峰宽和蓄积毒性等缺点,从而严重限制其在生物成像中的应用,导致难以进行精确的医学诊断。因此设计和开发具有高效发射短波近红外荧光的纳米材料,是实现光学成像技术进行精确诊断的迫切需要。

近期,哈尔滨工业大学的陈冠英团队和深圳大学的Tymish Y. Ohulchanskyy 团队合作,报道了一种新型的Er3+离子敏化稀土氟化物核壳结构纳米晶,通过在惰性壳层保护下,打破了“浓度淬灭”限制,提高了发光中心数量,同时引入Yb3+离子作为能量陷阱抑制能量向内部缺陷的转移,最终实现了量子产率为11%的高亮短波近红外发光。并且以表面修饰聚丙烯酸将油相纳米晶转移到水相中,制备出稀土掺杂的短波近红外荧光探针。该荧光探针具有如下优点:1) 发射1525 nm短波近红外光,其稳定性好,无光漂白、无光眨眼现象,而且具有很大的斯托克斯位移;2) Er3+离子的自我敏化发射过程使用808 nm近红外光激发,有效地克服了传统激发光(如 980 nm)产生的生物组织热效应;3) 毒性实验和动态光散射测试证明其具有良好的生物相容性和稳定性。将此荧光探针经尾静脉注射到小鼠体内,在短波近红外相机的观察下,小鼠的头部血管显现出高对比度的成像效果。此研究有效解决了发光效率低、自体组织荧光等问题,为短波近红外成像研究提供了新的材料基础。相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201800690)上。