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                      題  目:Geometric Mid-infrared Metasurgace Photodetectors
                      報告人:仇成偉
                      時  間:2023-02-21 14:00
                      地  點:學術交流中心報告廳
                      題  目:有機半導體——理想與現實
                      報告人:馬於光 院士
                      時  間:2022-08-23 09:30
                      地  點:研發西側報告廳
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                      長春光機所在稀土基近紅外二c區熒光探針取得重要進展
                      2023-03-13 發光室 陳浩然
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                        近日,中科院長春光學精密機械與物理研究所發光學及應用國家重點實驗室常鈺磊課題組在近紅外二c區(NIR-IIc,1700-2000 nm)活體熒光成像領域取得進展。研究結果以“Bright Tm3+-based downshifting luminescence nanoprobe operating around 1,800 nm for NIR-IIb and c bioimaging”為題,全文發表在《Nature Communications》[Nat Commun 14, 1079 (2023)]。

                        熒光成像因其高靈敏度、高時空分辨率和非侵入性,在生物醫學成像和診斷領域有著廣闊的應用前景。但是,由于生物組織對電磁波的散射和吸收,限制了光在組織中的穿透深度。短波紅外(1000-3000nm),又稱近紅外二區(NIR-II)相比于可見光和近紅外一區波段, 因生物組織對光子吸收和散射更低,組織穿透更深,已廣泛應用于活體寬場和顯微成像。目前,大于1500nm發射波段已被證實是一個有前途的熒光成像窗口,值得注意的是NIR-IIb1600-1700nm),NIR IIc1700-2000nm)和NIR IId/NIR-III2100-2300nm)波段在生物組織中顯示出更低光子散射損耗和接近零的自熒光背景,將會提供更高空間分辨率和更深的組織成像深度。但是目前發光波長超過1600nm的探針卻很少報道。


                        稀土離子摻雜的納米材料具有豐富的電子躍遷能級,發光譜帶多樣,發光峰窄,(反)斯托克斯位移大,光化學性質穩定,易于表面功能化修飾等優點,已成為理想的NIR-II成像探針,在多路傳感、時間門控檢測、成像引導治療和手術中具有巨大的應用潛力。針對當前熒光成像領域存在的問題和對于長波長熒光探針的迫切需求,該研究提出了通過納米結構設計加強高摻Tm3+離子相互作用策略,實現高效的NIR-IIc熒光發射的思路。迄今為止,Tm3+3F43H6能級躍遷產生~1800nm熒光發射主要用作塊狀的激光增益材料。然而,目前還沒有關于在NIR IIbc區域使用Tm3+發射在膠體系統實施體內生物成像的報告。這可能是由于嚴重的濃度和表面淬火效應的限制。而傳統的Yb/Tm共摻上轉換納米發光體系,為了避免Tm3+交叉弛豫過程,Tm3+的摻雜濃度一般很低(<1%),同時,Yb3+Tm3+的反向能量傳遞損耗了大量能量,使Tm3+下移發光很弱。本工作通過外延光學惰性殼層有效避免了激發態能量在納米粒子表面猝滅,并利用Tm3+之間的交叉弛豫過程實現了高效的NIR-II熒光發射(QY=~14%)。此外,通過摻雜少量Er3+,進一步提高了NIR-II發光強度。若進一步提高Er3+濃度至30%,可以使得這種“合金”結構納米粒子可以響應四種波長分別激發(800nm,980nm,1208nm1530nm),為光學保密編碼、活體成像提供了強有力的研究工具。 

                        該研究目前初步取得了良好的成像應用效果,未來仍需進一步提高探針的發光效率,增加激發和發射通道,以滿足多通道成像多靶標檢測等需求。這一研究成果的諸多可能性為生物醫學、醫療診斷等領域拓寬了前進方向。 

                        該研究受國家重點研發計劃、國家自然科學基金、吉林省自然科學基金、光機所曙光人才計劃、國家重點實驗自主課題等基金資助完成。 

                        論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-36813-5。

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