紅外光激勵納米發(fā)光材料有望作為一類新型的熒光探針應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

光激勵發(fā)光材料可將短波長的激發(fā)光能量儲存在基質(zhì)陷阱中，并在長波光子如近紅外光的激勵下發(fā)射短波光子，廣泛應(yīng)用于輻射劑量計(jì)、紅外成像、信息存儲和發(fā)光涂料等技術(shù)領(lǐng)域。

近紅外光具有深層生物組織穿透、無背景熒光干擾和對生物樣本損傷小等優(yōu)點(diǎn)，因此近紅外光激勵納米發(fā)光材料有望作為一類新型的熒光探針應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但是如何控制材料的陷阱深度和密度來研制出發(fā)光性能優(yōu)良的光激勵納米材料是其生物應(yīng)用的前提，也是該領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。

據(jù)福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所消息，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)與組裝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院創(chuàng)新國際團(tuán)隊(duì)以及副研究員鄭偉主持的國家自然科學(xué)基金面上基金、中科院青促會和海西研究院春苗計(jì)劃等支持下，發(fā)展出一種獨(dú)特的高溫共沉淀法合成單分散、形貌粒徑均一的CaS：Eu2＋， Sm3＋光激勵納米晶（圖1）。

圖1 近紅外寬光譜響應(yīng)CaS：Eu2＋，Sm3＋光激勵稀土納米熒光標(biāo)記示意圖（Chem． Sci．封底）

研究團(tuán)隊(duì)通過熒光光譜、余輝光譜、熱釋光譜和光激勵光譜等測試手段，對材料的陷阱分布、充放電過程以及光激勵發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究（圖2）。

圖2 CaS：Eu2＋，Sm3＋光激勵納米熒光標(biāo)記材料： a） 光勵激發(fā)光譜， b） 功率依賴發(fā)射光譜， c） 發(fā)光強(qiáng)度與功率依賴關(guān)系， d） 光激勵熒光衰減曲線， e） 光激勵熒光響應(yīng)曲線， f） 發(fā)光機(jī)理示意圖

研究表明，Sm3＋的摻雜增加了材料的陷阱深度，顯著提升了納米晶的光激勵發(fā)光性能。經(jīng)過熱處理去除表面和晶格內(nèi)部的缺陷猝滅中心，該納米晶在650nm具有較強(qiáng)的Eu2＋的光激勵發(fā)光，且在近紅外800－1600nm的寬譜段都有很好的光激勵響應(yīng)，其光激勵持續(xù)發(fā)光時(shí)間大于2h，980nm的激勵光閾值功率密度小于10mW·cm－2。

該納米晶經(jīng)生物素化兩親性磷脂分子包覆可作為光激勵熒光納米探針，用于生物素受體過表達(dá)腫瘤細(xì)胞的靶向熒光成像。該工作為發(fā)展高效的近紅外光激勵稀土熒光納米探針提供了理論基礎(chǔ)，也為光激勵稀土納米探針在無背景熒光生物檢測與成像領(lǐng)域的新應(yīng)用開辟了方向。