多功能納米熒光標記材料研究獲新進展

Eu³⁺雙模熒光標記材料核殼結構和機理示意圖

　　稀土摻雜氟化物納米晶具有高光化學穩定性、幾乎無毒性、窄線寬、長熒光壽命、高發光效率和可調諧熒光發射波長等優點，可作為新一代優良熒光生物標記材料。NaGdF4不僅可以提供強的稀土離子的上轉換發光，而且也可以作為理想的紫外敏化劑而實現稀土離子下轉換發光。同時，基質陽離子(Gd³⁺)有良好順磁性能，NaGdF4納米材料在磁共振成像方面也有著很好的應用前景，這些優良的光學和磁學性能，使得以NaGdF4納米晶為載體設計一種同時具備“上轉換+下轉換（雙模）”以及順磁性能的多功能納米標記材料成為可能。

　　在中國科學院“百人計劃”、科技部863和973計劃、國家自然科學基金等支持下，中科院福建物質結構研究所光電材料化學與物理院重點實驗室陳學元研究小組在水溶性多功能納米熒光標記材料研究方面取得了新進展，研究結果發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201000128）和Nanoscale（2010, DOI: 10.1039/c0nr00116c）。

　　該研究小組采用一種巧妙的設計思路，將Tm³⁺(Yb³⁺)和Eu³⁺分別摻入到NaGdF4納米晶的內核和殼層中，首次在單分散的六方相NaGdF4納米晶中實現了Eu3+的雙模式發光。借助于內核中Tm3+和Yb3+的雙敏化作用和核殼結構的優點，在980 nm的近紅外光照射下，在國際上首次實現了高效的Eu³⁺紅色上轉換發光，其上轉換發光強度比Yb³⁺/Tm³⁺/Eu³⁺共摻樣品提高了一個數量級。同時，在273 nm紫外光的照射下，也能夠獲得強的Eu³⁺紅色下轉換發光。這種單分散、集Eu³⁺雙模發光于一身的NaGdF4核殼結構納米晶經表面功能化，具有良好的水溶性和生物相容性，與生物分子連接后，可以作為一種多功能熒光標記和磁共振成像顯影試劑，用于生物科學和生命醫學領域中異相或均相分析。

　　該研究小組同時還通過簡單的一步溶劑熱合成方法，制備出水溶性表面羧酸修飾的稀土摻雜氟氯化鋇納米晶，該納米晶在“無背景”時間分辨生物標記以及近紅外“光透過窗”范圍的生物標記材料方面均具有重要的應用前景。