近年來(lái)，稀土離子摻雜的上轉換發(fā)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(xué)家在稀土摻雜上轉換發(fā)光納米晶的可控合成、發(fā)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(fā)光強度弱等問(wèn)題阻礙了此類(lèi)上轉換發(fā)光材料的進(jìn)一步應用。
 
　　針對該問(wèn)題，中國科學(xué)院福建物質(zhì)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(diǎn)實(shí)驗室研究員陳學(xué)元團隊近期提出新策略，即利用CsLu2F7:Yb/Er納米晶基質(zhì)中的重原子效應，實(shí)現了IR808染料三重態(tài)敏化稀土離子的高效上轉換發(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，實(shí)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(fā)態(tài)（S1）到三重激發(fā)態(tài)（T1）的系間竄越效率（ISC）達到99.3%，并通過(guò)飛秒瞬態(tài)吸收光譜和低溫時(shí)間分辨光譜對其高效系間竄越機理進(jìn)行了系統分析。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 離子的上轉換發(fā)光強度和量子產(chǎn)率均得到提升。IR808修飾CsLu2F7:Yb/Er納米晶的上轉換發(fā)光強度相比于無(wú)染料修飾的CsLu2F7:Yb/Er納米晶提高了1309倍，其發(fā)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(gè)數量級。
 
　　進(jìn)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(fā)比率型熒光探針，其中808 nm和980 nm激發(fā)的上轉換發(fā)光分別作為檢測信號和自校準信號，實(shí)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(fā)的共聚焦上轉換熒光成像，實(shí)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(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)稀土上轉換發(fā)光納米探針在生物醫學(xué)領(lǐng)域的臨床應用，如腫瘤早期診斷及熒光成像手術(shù)導航等。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應用化學(xué)》上。研究工作得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項及國家自然科學(xué)基金等的支持。