我国学者在近红外发光纳米探针研究方面取得进展

　　

图 （a）传统镧系敏化剂(i)与过渡金属敏化剂(ii)对于激活剂能量传输的发光机理；
（b）铬离子和镱离子摩尔消光系数对比

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22088101）等资助下，复旦大学张凡团队在近红外发光纳米探针方向取得新进展。研究成果以“高亮度过渡金属敏化的镧系近红外发光纳米颗粒（High-brightness transition metal-sensitized lanthanide near-infrared luminescent nanoparticles）”为题，于2024年9月13日发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01517-9。

　　光学成像因其及时响应、高灵敏度和高分辨率的显著特性，在军事通信、医疗健康、环境检测和先进制造等诸多领域具有不可替代的重要作用。近红外光是一种人眼不可见的光，相对于可见光（400-700 nm）而言，生物组织，塑料和单晶硅等介质在近红外窗口（700-1700 nm）对光的吸收与散射较小，所以发射近红外光的探针在生物活体成像和信息加密等领域具有天然优势。镧系发光纳米颗粒由于其结构具有原子级别的可调性和界面能量传递的特性，是最具潜力的近红外发光探针。然而，镧系发光纳米颗粒的发光效率在很大程度上取决于镧系敏化剂对外部能量的吸收和转换效率。由于传统镧系敏化剂（Yb³⁺等）吸收截面较低，通常需要较高功率的激光才可以高效发光。此外，外部激光的辐照往往会造成潜在的过热现象，容易对生物组织造成伤害。因此，如何在低功率条件下，特别是在低照度的环境光激发下高效发出近红外光以扩大近红外发光材料的应用范围，一直是科研人员追求的目标。

　　针对以上难题，上述团队开发了一系列尺寸均一，结构和发射波长可调的新型过渡金属元素铬敏化的镧系纳米发光探针（CLNPs）。与传统镧系敏化纳米粒子相比，CLNPs不需要激光激发，只需要在较弱的环境光照射下即可实现高效近红外发光，其亮度比相同尺寸的传统镧系敏化纳米粒子最多高出三百七十倍。而其他过渡金属（例如Mn²⁺，Ni²⁺）也有类似的敏化能力，这表明过渡金属对镧系离子的敏化作用在纳米结构中具有一定的普适性。该团队基于CLNPs良好的光学性质，在环境光或长余辉材料的照射下即可实现近红外窗口的信息加密和高对比度生物成像。