陷阱能量上转换用于体内近红外长余辉发光成像

　　Adv. Mater.：

　　【研究背景】由于独特的光学性质，长余辉材料（PLPs）在材料科学和生物学领域有着广阔的应用前景。本质上，这种持续发光的激活依赖于PLPs中的固有晶格缺陷。传统理论中，缺陷态具有能量型连续性属性，可以捕获离域载流子，并在激发光关闭后将其储存长达数小时或数周。然而，到目前为止，现有材料普遍依赖的长余辉激活方式是体外紫外光源激发。这种激发方式由于波长限制，只能保证体内长余辉成像在体内维持一个衰减周期。低能近红外（NIR）光子具有生物相容性，在生物环境中的吸收和散射明显减少，表现出显著改善的深层组织渗透性，减少光学损伤和毒性。通过近红外光激励诱导长余辉对于实现体内的反复光激励和稳定多周期成像意义重大。【成果简介】近日，浙江大学邱建荣教授、马萨诸塞大学医学院韩刚教授、广州医科大学李杨教授联合报道了一个新的光子观测和上转换类陷阱能量迁移过程的范例，该过程建立在铋掺杂锡酸钙荧光粉和纳米颗粒中反向载流子从低能陷阱到高能陷阱的转变之上。他们发现这种反向载流子转移方式类似于晶格缺陷态光子能量上转换方式。这个过程需要深陷阱首先在近红外光辐照下俘获并存储一个受激光电子，随后持续的近红外光辐照会诱导该受激光电子进入浅陷阱，实现二次存储。因此，低能近红外光子的吸收和储存可以随着随后的近红外余辉发射而发生。发现这些近红外吸收-近红外发射PLPs和纳米粒子能够在体外和体内通过深度组织可穿透的近红外光子在≈740nm处重复充电，并在≈810nm处发射近红外光子的长余辉信号。这一概念性的工作将为设计新类型的近红外吸收-近红外发射PLPs和纳米粒子提供物理无害和深层组织穿透性近红外光可再生性，并为目前受到材料限制的众多生物应用奠定基础。该文章近日以题为“Trap Energy Upconversion-Like Near-Infrared to Near-Infrared Light Rejuvenateable Persistent Luminescence”发表在知名期刊Adv. Mater.上。