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科学家获得高浓度掺杂上转换纳米粒子

发布时间:2019-10-12 18:11:35

近日,澳大利亚Macquarie大学的金大勇教授领导的先进细胞仪实验室与北京大学工学院生物医学工程系席鹏课题组联合攻关,发现了新的纳米光子学发光机制,并实现了高浓度掺杂的上转换纳米粒子(Upconversionnanocrystals)技术,从而展示了迄今最灵敏的纳米荧光材料。相关论文发表于自然出版集团的《自然—纳米技术》(NatureNanotechnology)。

上转换纳米颗粒这一新型的荧光材料,正以它的诸多独特的光学特性预示着其广泛的应用,特别是在生物医学影像,免疫分析,太阳能电池,三维显示等领域中。它通常由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成。由于其激发在近红外,因此可以获得比可见光更深的穿透深度。然而业内众所周知的是,这一材料的相对转换效率较低,荧光强度较暗,从而阻碍了上转换粒子的进一步应用。虽然加大掺杂浓度从直观上可以增大发光效率,但由于高浓度的掺杂会带来严重的荧光淬灭,传统制备的上转换纳米粒子大多限制在较低的掺杂浓度。

针对这一瓶颈问题,本文首次发现用较高的激发光能量密度可以解决荧光淬灭的限制,从而实现了高浓度掺杂的上转换纳米粒子。利用高掺杂与高激发功率相结合,最终使得荧光信号强度比传统低掺杂的纳米粒子有了显著增强,使得光纤辅助下的单个纳米粒子远程探测第一次成为现实。这一新的纳米粒子的灵敏度比传统的量子点quantumdot高了三个数量级。由于高掺杂的上转换纳米技术提供了超灵敏的光学检查手段,这一个纳米粒子被命名为SuperDotTM。这一成果大大推动了上转换纳米技术在红外探测,生物标识、医学成像,高通量单细胞检测,防伪技术等领域的应用。

澳大利亚金大勇教授课题组多年来致力于通过光学探测与上转换纳米粒子结合,实现无背景、高速、高量子产率的流式细胞探测、载片细胞探测、罕有事件海量样品高速探测等新技术。北京大学席鹏课题组的研究领域包括:超衍射极限分辨率显微成像,激光共聚焦扫描显微成像,多光子显微成像,以及光学相干层析成像。两个课题组的合作可追溯到2010年,目前在国际知名期刊上已经合作发表了7篇文章。

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