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lfaitaoyao

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[交流] 800 nm激发的新型稀土上转换纳米材料

稀土上转换发光材料作为一类重要的稀土发光材料，能够通过多光子吸收机制将低能量的近红外光转换成高能量的可见光，因此被广泛地应用于近红外激光器、太阳能电池、荧光粉和传感器等前沿领域。近年来，伴随着纳米科技的迅猛发展，稀土上转换纳米颗粒（upconversion nanoparticles, UCNPs）开始在生物分析和医学成像领域展现独特的优势。目前广泛研究和应用的UCNPss是以Yb作为敏化剂的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒。然而，这种Yb敏化的UCNPs存在固有的缺陷：1、Yb离子本身在红外波段的吸光能力并不强，使得UCNPs的上转换效率非常低；2、由于Yb3+离子的吸收峰位于975 nm附近，因此980 nm激光器是目前唯一合适的激发光源。众所周知，水作为生物组织中最重要的组成成分，在980 nm处有很强的吸收。因此，用980 nm激光器作为激发光源会导致生物样品的过热效应，继而导致生物组织的损伤和破坏，并降低激发光源的穿透能力。因此，如何提高UCNPs的上转换效率，并调整其激发光源至合适的波长，是亟待解决的问题。

　　中国科学院化学所的姚建年院士和中国科学院高能物理研究所的赵宇亮研究员及其研究团队通过掺杂和外延生长技术构建了以Nd3+作为为敏化剂的核-壳-壳结构稀土上转换纳米材料。Nd3+离子由于在800 nm处有很强的吸收，有望代替Yb3+离子作为UCNPs的敏化剂。其在红外波段的高的吸收强度，能够提供充足的激发态能量，从而增强上转换荧光效率。不仅如此，生物组织对800 nm红外光的吸收强度较小，所以极大地克服了980 nm激发光源的过热效应及穿透深度差的缺点，是UCNPs较理想的激发光源。当敏化剂Nd3+离子被限域在外壳层而激活剂离子被限于在内核层中时，可避免Nd3+离子与激活剂之间的交叉驰豫作用，同时构筑了由敏化剂到Yb离子再到激活剂的激发态能量传递过程，从而实现以Nd3+作为敏化剂，在800 nm激光激发下的高效上转换发光。该工作同时对这种新型上转化纳米材料作为生物发光探针材料在生物医学领域的应用进行尝试和探索，结果表明该新型核-壳-壳结构上转换纳米材料使用800 nm连续激光作为激发光源，与传统980 nm激发的UCNPs相比具有更强的生物组织穿透能力和更低的热效应，因此更适合于生物医学领域的应用。相关研究成果发表在《先进材料》上（Adv. Mater., 2014, 26(18), 2831-2837, DOI: 10.1002/adma.201304903）。

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