顆粒在線訊：近年來，稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶在防偽、光催化和生物標(biāo)記等方面表現(xiàn)出應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家在稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的可控合成、發(fā)光機(jī)理和應(yīng)用等方面均取得了系列成果。然而，稀土離子固有的吸收截面小和發(fā)光強(qiáng)度弱等問題阻礙了此類上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的進(jìn)一步應(yīng)用。  

　　針對(duì)該問題，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝/福建省納米材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)近期提出新策略，即利用CsLu2F7:Yb/Er納米晶基質(zhì)中的重原子效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了IR808染料三重態(tài)敏化稀土離子的高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光；進(jìn)而基于IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米探針的808-nm/980-nm雙激發(fā)比率型熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HeLa癌細(xì)胞中次氯酸根的靈敏檢測(cè)（圖1）。  

　　科研人員利用CsLu2F7:Yb/Er納米晶中銫元素和镥元素的重原子效應(yīng)，使得修飾在納米晶表面的IR808染料從單重激發(fā)態(tài)（S1）到三重激發(fā)態(tài)（T1）的系間竄越效率（ISC）達(dá)到99.3%，并通過飛秒瞬態(tài)吸收光譜和低溫時(shí)間分辨光譜對(duì)其高效系間竄越機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析。得益于IR808三重激發(fā)態(tài)和Yb3+之間的有效能量傳遞，CsLu2F7:Yb/Er納米晶中Er3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度和量子產(chǎn)率均得到提升。IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度相比于無染料修飾的CsLu2F7:Yb/Er納米晶提高了1309倍，其發(fā)光增強(qiáng)倍數(shù)比相同條件下的IR808修飾NaYF4:Yb/Er納米晶提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)（圖2）。  

　　進(jìn)一步地，科研人員基于IR808修飾的CsLu2F7:Yb/Er納米晶，構(gòu)建了808-nm/980-nm雙激發(fā)比率型熒光探針，其中808 nm和980 nm激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光分別作為檢測(cè)信號(hào)和自校準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)次氯酸根的特異性檢測(cè)，檢測(cè)極限可低至65.3 nM。在HeLa癌細(xì)胞中，利用808-nm/980-nm雙激發(fā)的共聚焦上轉(zhuǎn)換熒光成像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞內(nèi)次氯酸根的高靈敏檢測(cè)（圖3）。  

　　該工作為設(shè)計(jì)高效有機(jī)染料三重態(tài)敏化稀土摻雜納米熒光探針提供了方便普適的方法，并將促進(jìn)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米探針在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的臨床應(yīng)用，如腫瘤早期診斷及熒光成像手術(shù)導(dǎo)航等。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)及國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。  

圖1.IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米探針的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理及其生物檢測(cè)應(yīng)用示意圖。

　　　圖2.（a）IR808染料在820 nm處的瞬態(tài)吸收光譜；（b）IR808修飾在Na1-xCsxY1-yLuyF4系列納米晶表面的ISC效率；（c）在808 nm激發(fā)時(shí)，游離IR808、修飾在CsLu2F7和CsLu2F7:Yb納米晶表面的IR808的低溫時(shí)間分辨發(fā)射光譜；（d）IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜；（e）不同功率密度激光激發(fā)下的絕對(duì)量子產(chǎn)率和（f）上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)倍數(shù)。

　　圖3.（a）基于IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er上轉(zhuǎn)換納米探針的次氯酸根檢測(cè)示意圖；（b）IR808修飾CsLu2F7納米探針與加入不同濃度次氯酸根的HeLa癌細(xì)胞孵育后的共聚焦圖像；（c）808 nm和980 nm激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光積分強(qiáng)度和（d）相應(yīng)的積分強(qiáng)度比值。