??5月21日（北京時間），復旦大學化學系李富友教授研究團隊與澳大利亞悉尼科技大學金大勇教授課題組合作在《自然?光子學》（Nature Photonics）雜志上發(fā)表了題為“時間域近紅外發(fā)光探針用于高靈敏成像”（High-sensitivity imaging of time-domain near-infrared light transducer）的研究論文，發(fā)現(xiàn)了納米尺度下稀土離子的“零Stokes位移”發(fā)光現(xiàn)象，開發(fā)出激發(fā)與發(fā)射波長相同、發(fā)光壽命長的納米探針，并進一步將其發(fā)展成時間域熒光成像方法。

圖1. a “零Stokes位移”光致發(fā)光探針的設計；b 時間域濾光和其它熒光檢測手段的對比

在光致發(fā)光過程中，傳統(tǒng)材料的激發(fā)態(tài)之間存在弛豫和系間竄越，導致其發(fā)光峰的波長大于激發(fā)光的波長，該現(xiàn)象被稱之為Stokes位移。研究團隊發(fā)現(xiàn)NaYbF4納米粒子在975 nm激光激發(fā)下展現(xiàn)出與激發(fā)波長相同的發(fā)射峰，進一步的研究發(fā)現(xiàn)其它單一稀土中心納米材料（鉺（Er）、銩（Tm）、釹（Nd））中均具有這種“零Stokes位移發(fā)光”性質?！傲鉙tokes位移發(fā)光”現(xiàn)象最小化了各類能量傳遞和弛豫過程，因此，該類材料具有優(yōu)異的發(fā)光效率。

對于一般的單激發(fā)態(tài)發(fā)光系統(tǒng)，熒光壽命是光致發(fā)光的本征性質，與激發(fā)光強度、探針濃度等無關。研究人員發(fā)現(xiàn)這類“零Stokes位移發(fā)光”材料就像是光的短暫存儲器，具有微秒級的發(fā)光壽命；通過引入核殼結構有效壓制Yb3+的發(fā)光淬滅過程，顯著調節(jié)材料的發(fā)光壽命范圍（33微秒至2毫秒），設計合成出多種相同物相組成、相同發(fā)光波長、不同發(fā)光壽命的稀土納米材料。在此基礎上，引入脈沖的激發(fā)光和時間門控探測，不同發(fā)光壽命的稀土探針容易被區(qū)分開。鑒于該類材料的獨特性質，研究人員將其發(fā)展成時間域熒光成像方法，用于時間維度的多通道生物活體成像、熒光加密和解碼、高靈敏腫瘤被動靶向成像等。

圖2. a、b 通過調節(jié)納米材料結構可以獲得一系列發(fā)光壽命可調的納米探針；c、d熒光壽命多通道生物活體成像；e 利用熒光壽命進行多通道加密和解碼

復旦大學化學系博士生顧昱飏為該論文的第一作者，復旦大學的馮瑋教授、悉尼科技大學的金大勇教授和復旦大學的李富友教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了復旦大學化學系、國家重點研發(fā)計劃“納米科技”重點專項、國家自然科學基金重大科研儀器研制項目等的大力支持。