科学家通过晶格调制提高铥在反射吸收生物成像中的窄带近红外发射效率
日期：
2024-11-06
浏览次数:
102
10月21日，中国计量大学光电学院/光电材料与器件研究院傅继澎与北京科技大学唐明学团队合作在Chem期刊上发表了一篇题为“Boosting narrow-band near-infrared-emitting efficiency of thulium by lattice modulation for reflective absorption bioimaging”的研究成果。该研究成功解决了稀土近红外发光材料长期以来面临的光子吸收截面低、发光效率受限问题，为近红外光学成像领域带来了革命性的突破。当前近红外发光材料与器件波长覆盖范围宽，甚至包含可见红光区域，然而稀土近红外发光一直受限于较低的光子吸收截面，为应对这一难题，该成果报道了一种高效稀土近红外窄带发光材料，通过基质中引入敏化缺陷中心，显著提高了稀土中心离子的发光效率，从而实现了窄带近红外发光的显著提升。研究团队进一步开发出了基于该材料的近红外窄带pc-LED光源，并在反射式生物成像中成功应用，展示了其卓越的性能和广泛的应用前景。这项研究不仅丰富了稀土发光材料的设计思路，也为近红外光学成像技术的发展开辟了新的路径。论文通讯作者是傅继澎、唐明学教授，第一作者是王凯娜博士。近红外（NIR）光（700-1700nm）因其在活体组织中的高穿透能力而受到广泛的关注，并在血管成像、生物医学等领域得到了广泛的应用。在红外反射成像方面，800nm左右的光谱是NIR生物窗口中氧/脱氧血红蛋白的高分化吸收范围，基于氧/脱氧血红蛋白吸收差异的近红外发光材料是大脑和肌肉活动成像的关键。然而，大多数已知的NIR发射材料受到低外部量子效率（EQE）和宽带特性的限制。本文介绍了NIR LED的SrS: Tm3+，Na+荧光粉，其发射带宽仅为27nm。利用“一石二鸟”成功地将晶体阳离子缺陷引入基质，作为敏化和对称扰动中心，从而提高了SrS: Tm3+, Na+的吸收和光致发光量子效率（图1A）。此外，Na+掺杂使EQE从33.6%提高到53.7%，在383K处的热稳定性从55%提高到67%。NMR、EPR、瞬态光谱和x射线全散射分析揭示了晶体学Sr缺陷和对称晶体畸变，促进了有效的基质吸收和能量转移。随后，基于血红蛋白的差异吸收，有效地识别血管模式，拓展了稀土近红外发光材料在NIR pc-led和生物成像中的应用。首先，分析了SrS: Tm3+近红外荧光粉的微观结构、形貌及发光光谱，系统地研究了由晶体学上的Sr缺陷和对称晶体畸变实现的有效基质吸收机制（图1）。作者通过调节SrS宿主中Tm3+周围的局部环境，开发出了一系列高效的窄带NIR荧光粉。采用NMR、EPR和PDF技术，揭示了Tm、Na离子的晶体学位置和局部环境。通过调节Sr缺陷和Na的间隙占据，实现了有效的宿主吸收、能量转移效率和抑制的非辐射弛豫。结果显示，Na+的嵌入与显著抑制的非辐射跃迁导致了EQE的前所未有的改善，从33.6%提高到53.7%。此外，荧光粉材料的热稳定性显著提高，在383K时从55%提高到67%。此外，我们在局域原子无序方面的工作为检查其光电转换性能和结构复杂性之间的相关性提供了有价值的见解。清晰区分手掌和手部血管的可能性也验证了窄带NIR荧光粉在pc-LED和生物成像领域的潜在应用。（来源：科学网）相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.09.024
Hot News
/
相关推荐
2025
-
07
-
11
点击次数:
121
2025年7月10日下午，上海市稀土协会在华东理工大学工业催化研究所会议室召开第三届第九次理事会会议，会议由秘书长吴建思主持，理事会出席人数符合章程规定要求，监事会成员列席会议。 会议通报了协会换届工作进展和情况说明，并宣读了市工经联党委对换届主要负责人选审核结果的通知。会议强调，换届工作必须严格按照《上海市社会团体换届选举工作指引》和协会章程规定，遵循民主办会原则，保障全体会员充分行...
2025
-
07
-
11
点击次数:
164
2025年7月10日下午，上海市稀土协会在华东理工大学工业催化研究所会议室召开第三届第九次理事会会议，会议由秘书长吴建思主持，理事会出席人数符合章程规定要求，监事会成员列席会议。 会议通报了协会换届工作进展和情况说明，并宣读了市工经联党委对换届主要负责人选审核结果的通知。会议强调，换届工作必须严格按照《上海市社会团体换届选举工作指引》和协会章程规定，遵循民主办会原则，保障全体会员充分行...
2025
-
07
-
11
点击次数:
48
来源：X-MOL离子吸附稀土矿石 （IAREO） 是中重稀土元素的重要来源。硫酸镁 （MgSO4） 原位浸出广泛用于 IAREO 的开采。然而，稀土 （RE） 在浸出过程中可能会重新吸附在贫矿层中，导致稀土浸出率下降，浸出剂消耗量增加，生产成本增加。在本工作中，探究了使用 MgSO4 对 IAREO 进行塔浸过程中稀土和铝 （Al） 在贫矿层中的浸出行为以及发生转变。结果表明，在贫矿石存在下，RE...
2025
-
07
-
11
点击次数:
53
来源：X-MOL通过沉淀中和和浓缩稀土去除铝是目前最广泛采用的离子稀土浸出液处理工业方法。采用镁-钙碱性化合物作为 pH 调节剂具有成本低和钙-镁闭环回收等优点。然而，这个过程的稀土损失超过 8%，获得的混合稀土氧化物中的杂质含量（镁和硫酸盐）均超过 15 wt%。为了解决这个问题，提出了一种从镁盐基离子稀土浸出液中选择性分离和逐步回收稀土和铝的新工艺。首先，采用镁/钙碱性化合物逐步共沉淀稀土和铝...