我國學者在近紅外發光納米探針研究方面取得進展

圖 （a）傳統鑭系敏化劑(i)與過渡金屬敏化劑(ii)對于激活劑能量傳輸的發光機理；

（b）鉻離子和鐿離子摩爾消光系數對比

　　在國家自然科學基金項目（批準號：22088101）等資助下，復旦大學張凡團隊在近紅外發光納米探針方向取得新進展。研究成果以“高亮度過渡金屬敏化的鑭系近紅外發光納米顆粒（High-brightness transition metal-sensitized lanthanide near-infrared luminescent nanoparticles）”為題，于2024年9月13日發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）上，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01517-9。

　　光學成像因其及時響應、高靈敏度和高分辨率的顯著特性，在軍事通信、醫療健康、環境檢測和先進制造等諸多領域具有不可替代的重要作用。近紅外光是一種人眼不可見的光，相對于可見光（400-700 nm）而言，生物組織，塑料和單晶硅等介質在近紅外窗口（700-1700 nm）對光的吸收與散射較小，所以發射近紅外光的探針在生物活體成像和信息加密等領域具有天然優勢。鑭系發光納米顆粒由于其結構具有原子級別的可調性和界面能量傳遞的特性，是最具潛力的近紅外發光探針。然而，鑭系發光納米顆粒的發光效率在很大程度上取決于鑭系敏化劑對外部能量的吸收和轉換效率。由于傳統鑭系敏化劑（Yb3+等）吸收截面較低，通常需要較高功率的激光才可以高效發光。此外，外部激光的輻照往往會造成潛在的過熱現象，容易對生物組織造成傷害。因此，如何在低功率條件下，特別是在低照度的環境光激發下高效發出近紅外光以擴大近紅外發光材料的應用范圍，一直是科研人員追求的目標。

　　針對以上難題，上述團隊開發了一系列尺寸均一，結構和發射波長可調的新型過渡金屬元素鉻敏化的鑭系納米發光探針（CLNPs）。與傳統鑭系敏化納米粒子相比，CLNPs不需要激光激發，只需要在較弱的環境光照射下即可實現高效近紅外發光，其亮度比相同尺寸的傳統鑭系敏化納米粒子最多高出三百七十倍。而其他過渡金屬（例如Mn2+，Ni2+）也有類似的敏化能力，這表明過渡金屬對鑭系離子的敏化作用在納米結構中具有一定的普適性。該團隊基于CLNPs良好的光學性質，在環境光或長余輝材料的照射下即可實現近紅外窗口的信息加密和高對比度生物成像。