锰掺杂Ag2S量子点-氟化物复合纳米结构实现近红外二区高灵敏度比率测温技术

研究人员针对传统热耦合能级（TCL）纳米温度计灵敏度不足的问题，开发了一种基于Mn掺杂Ag2S量子点（QDs）与NaYF4:Nd@NaYF4核壳纳米晶（NPs）的缺陷工程近红外二区（NIR-II）比率探针。该复合结构通过声子辅助非辐射复合增强热淬灭，在323 K下实现2.1% K-1的创纪录相对灵敏度，为生物成像与温度检测提供了新方案。

　　

温度是生命系统生理与病理过程的核心参数，其微小波动直接影响代谢、基因表达等关键活动。然而，传统接触式温度计无法用于活体检测，而非接触红外热成像易受介质干扰。尽管基于热耦合能级（TCL）的荧光强度比（FIR）技术已用于纳米温度计，但其灵敏度受限于固定能级差（ΔE），而可见光区工作的非热耦合能级（non-TCL）探针又难以满足生物组织穿透需求。

针对这一难题，浙江大学的研究团队在《Journal of Luminescence》发表论文，提出了一种创新解决方案：通过锰掺杂Ag₂S量子点（Mn:Ag₂S QDs）与核壳结构氟化物纳米晶（NaYF₄:Nd@NaYF₄）的复合，构建出近红外二区（NIR-II）高灵敏度比率温度探针。该研究首次将缺陷工程策略引入NIR-II测温领域，通过Mn²⁺掺杂诱导Ag⁺空位，显著增强声子辅助非辐射复合效应，最终在323 K时实现2.1% K^-1的相对灵敏度（S_R），较团队此前成果（0.81% K^-1）提升近3倍。

关键技术包括：1）改良共沉淀法合成核壳氟化物纳米晶；2）微乳液法实现疏水纳米晶与亲水QDs的共组装；3）二氧化硅（SiO₂）基质包覆提升环境稳定性。

结果与讨论

1. 材料设计：Mn掺杂在Ag₂S中引入Ag⁺空位缺陷，通过增强电子-声子耦合使1130 nm发射峰温度敏感性显著提升；核壳结构氟化物纳米晶则提供稳定的1064 nm参比信号。
2. 性能突破：复合探针在生理温度范围（293-343 K）呈现线性响应，323 K时S_R达2.1% K^-1，超越绝大多数TCL基传感器。
3. 稳定性验证：SiO₂包覆层有效隔绝水环境干扰，使探针在72小时内保持90%以上发光强度。

结论与意义
该研究通过精准调控Ag₂S的缺陷态与氟化物核壳结构协同效应，突破了传统TCL测温的灵敏度极限。所开发的NaYF₄:Nd@NaYF₄-Mn:Ag₂S@SiO₂纳米复合材料兼具深组织穿透（NIR-II窗口）、自校准（双发射比率）和环境稳定性三大优势，为活体温度成像、疾病诊疗一体化提供了全新工具。作者团队特别指出，这种缺陷工程策略可拓展至其他复合探针设计，推动多功能纳米传感器的发展。