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：
2024-11-22
浏览次数:
56
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。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。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.09.024
Hot News
/
相关推荐
2025
-
04
-
02
点击次数:
4
来源：北京大学化学与分子工程学院《自然》杂志2月12日刊发了一项颠覆性催化技术突破：北京大学马丁教授团队与中国科学院大学周武教授团队合作，成功开发出全球首例兼具超高活性与超长稳定性的甲醇-水重整制氢催化剂。该研究通过独创的稀土氧化物"纳米防护盾"技术，将铂基催化剂的持续工作时间提升至1000小时以上，催化转化数(TON)突破1500万次大关，为氢能规模化应用扫除关键障碍。研究团...
2025
-
04
-
02
点击次数:
4
来源：能源学人南京大学唐少春教授团队研究发现，通过精准调控原子掺杂二维稀土氧化物能实现超高活性和稳定性的催化剂，特别有趣的是，A位掺杂LaFeO3催化活性（B-LaFeO3）明显优于B位掺杂（A-LaFeO3）。团队利用自主研发的自模板策略，制备出高比表面积和可控原子掺杂的介孔钙钛矿结构氧化物纳米片（MPONs）。当稀土元素铕（Europium, Eu）掺杂LaFeO3的MPONs用作析氧反应（O...
2025
-
04
-
01
点击次数:
24
来源：厦门大学固体氧化物电池作为高效的能源转换设备，在可持续能源体系中扮演着重要角色。然而，传统钙钛矿型空气电极面临着活性有限、稳定性差和电化学性能衰减快等挑战，限制了其广泛应用。近日，能源学院孙毅飞副教授团队与利物浦大学屠昕教授、科廷大学邵宗平教授合作，在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为"Co-expression of multi-genes for...
2025
-
04
-
01
点击次数:
23
来源：自然资源部据Mining.com网站报道，塔隆金属公司（Talon Metals Corp）在美国明尼苏达州的塔马拉克（Tamarack）镍矿取得一个块状硫化物发现，可能使得现有铜镍钴资源量大幅增长。26日，公司在公告中称，已经把新的钻探结果用于资源量更新，为支撑环境许可申请，准备完成一项可行性研究。工作过程中，勘探团队对以前的一个钻孔进行了检查，该孔在707.75米深处见到明显矿化，见矿8...