??5月21日（北京時間），復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系李富友教授研究團隊與澳大利亞悉尼科技大學(xué)金大勇教授課題組合作在《自然?光子學(xué)》（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(shè)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(dǎo)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(zhì)?！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(zhì)，與激發(fā)光強度、探針濃度等無關(guān)。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(jié)構(gòu)有效壓制Yb3+的發(fā)光淬滅過程，顯著調(diào)節(jié)材料的發(fā)光壽命范圍（33微秒至2毫秒），設(shè)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(chǔ)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(zhì)，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(diào)節(jié)納米材料結(jié)構(gòu)可以獲得一系列發(fā)光壽命可調(diào)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(fù)旦大學(xué)化學(xué)系博士生顧昱飏為該論文的第一作者，復(fù)旦大學(xué)的馮瑋教授、悉尼科技大學(xué)的金大勇教授和復(fù)旦大學(xué)的李富友教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、國家重點研發(fā)計劃“納米科技”重點專項、國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項目等的大力支持。