近紅外寬光譜響應的光激勵稀土納米螢光標記研究獲進展

2020-12-03 OFweek維科網

光激勵發光材料可將短波長的激發光能量儲存在基質陷阱中，並在長波光子如近紅外光的激勵下發射短波光子，廣泛應用於輻射劑量計、紅外成像、信息存儲和發光塗料等技術領域。

近紅外光具有深層生物組織穿透、無背景螢光幹擾和對生物樣本損傷小等優點，因此近紅外光激勵納米發光材料有望作為一類新型的螢光探針應用於生物醫學領域。但是如何控制材料的陷阱深度和密度來研製出發光性能優良的光激勵納米材料是其生物應用的前提，也是該領域的一個技術挑戰。

據福建物質結構研究所消息，中國科學院福建物質結構研究所功能納米結構與組裝重點實驗室陳學元團隊在中科院戰略性先導科技專項、中科院創新國際團隊以及副研究員鄭偉主持的國家自然科學基金面上基金、中科院青促會和海西研究院春苗計劃等支持下，發展出一種獨特的高溫共沉澱法合成單分散、形貌粒徑均一的CaS：Eu2＋， Sm3＋光激勵納米晶（圖1）。

圖1 近紅外寬光譜響應CaS：Eu2＋，Sm3＋光激勵稀土納米螢光標記示意圖（Chem． Sci．封底）

研究團隊通過螢光光譜、餘輝光譜、熱釋光譜和光激勵光譜等測試手段，對材料的陷阱分布、充放電過程以及光激勵發光機理進行了系統研究（圖2）。

圖2 CaS：Eu2＋，Sm3＋光激勵納米螢光標記材料： a） 光勵激發光譜， b） 功率依賴發射光譜， c） 發光強度與功率依賴關係， d） 光激勵螢光衰減曲線， e） 光激勵螢光響應曲線， f） 發光機理示意圖

研究表明，Sm3＋的摻雜增加了材料的陷阱深度，顯著提升了納米晶的光激勵發光性能。經過熱處理去除表面和晶格內部的缺陷猝滅中心，該納米晶在650nm具有較強的Eu2＋的光激勵發光，且在近紅外800－1600nm的寬譜段都有很好的光激勵響應，其光激勵持續發光時間大於2h，980nm的激勵光閾值功率密度小於10mW·cm－2。

該納米晶經生物素化兩親性磷脂分子包覆可作為光激勵螢光納米探針，用於生物素受體過表達腫瘤細胞的靶向螢光成像。該工作為發展高效的近紅外光激勵稀土螢光納米探針提供了理論基礎，也為光激勵稀土納米探針在無背景螢光生物檢測與成像領域的新應用開闢了方向。

相關研究結果發表在英國皇家化學會Chemical Science雜誌上。

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