福建物構所染料三重態敏化稀土上轉換發光納米探針研究獲進展

　　【儀表網 儀表研發】近年來，稀土離子摻雜的上轉換發光納米晶在防偽、光催化和生物標記等方面表現出應用潛力。國內外科學家在稀土摻雜上轉換發光納米晶的可控合成、發光機理和應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光強度弱等問題阻礙了此類上轉換發光材料的進一步應用。
 

　　針對該問題，中國科學院福建物質結構研究所功能納米結構設計與組裝/福建省納米材料重點實驗室研究員陳學元團隊近期提出新策略，即利用CsLu2F7:Yb/Er納米晶基質中的重原子效應，實現了IR808染料三重態敏化稀土離子的高效上轉換發光；進而基于IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米探針的808-nm/980-nm雙激發比率型熒光信號，實現了對HeLa癌細胞中次氯酸根的靈敏檢測。
 

　　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，使得修飾在納米晶表面的IR808染料從單重激發態(S1)到三重激發態(T1)的系間竄越效率(ISC)達到99.3%，并通過飛秒瞬態吸收光譜和低溫時間分辨光譜對其高效系間竄越機理進行了系統分析。得益于IR808三重激發態和Yb3+之間的有效能量傳遞，CsLu2F7:Yb/Er納米晶中Er3+離子的上轉換發光強度和量子產率均得到提升。IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米晶的上轉換發光強度相比于無染料修飾的CsLu2F7:Yb/Er納米晶提高了1309倍，其發光增強倍數比相同條件下的IR808修飾NaYF4:Yb/Er納米晶提高了一個數量級。
 

　　進一步地，科研人員基于IR808修飾的CsLu2F7:Yb/Er納米晶，構建了808-nm/980-nm雙激發比率型熒光探針，其中808 nm和980 nm激發的上轉換發光分別作為檢測信號和自校準信號，實現了對次氯酸根的特異性檢測，檢測極限可低至65.3 nM。在HeLa癌細胞中，利用808-nm/980-nm雙激發的共聚焦上轉換熒光成像，實現了對細胞內次氯酸根的高靈敏檢測。
 

　　該工作為設計高效有機染料三重態敏化稀土摻雜納米熒光探針提供了方便普適的方法，并將促進稀土上轉換發光納米探針在生物醫學領域的臨床應用，如腫瘤早期診斷及熒光成像手術導航等。相關研究成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到科技部國家重點研發專項及國家自然科學基金等的支持。