發(fā)光探針是一種重要的生物可視化工具，通常用于生物成像和檢測等多個應用領域。目前發(fā)展的發(fā)光探針主要有碳納米管、熒光染料、量子點和稀土摻雜納米材料等。其中，稀土納米材料由于光穩(wěn)定性好、生物毒性較低等優(yōu)勢成為研究熱點。但是，通常所用的稀土納米材料存在量子效率低、光吸收截面小等問題，對其性質的調控研究處于探索階段。

國家“納米科技”重點專項

在國家重點研發(fā)計劃“納米科技”重點專項的支持下，復旦大學李富友教授研究團隊研發(fā)出一類激發(fā)與發(fā)射波長相同、發(fā)光壽命長的納米探針，其以稀土元素鐿（Yb）、鉺（Er）、銩（Tm）、釹（Nd）等作為主要摻雜元素，具有獨特的零Stokes位移光致發(fā)光特性。

相當于光的短暫存儲器

該類探針像是一個光的短暫存儲器，可在激發(fā)后的一段時間內持續(xù)產生與激發(fā)光波長相同的發(fā)光信號。盡管傳統(tǒng)的基于波長濾光的發(fā)光探測手段無法完整地研究該發(fā)光現(xiàn)象，但研究人員利用該類探針發(fā)光壽命較長的特點，發(fā)展了一種新的信號收集方式，通過控制發(fā)光收集窗口在脈沖激發(fā)之后，在時間域上進行激發(fā)光的濾除，從而最大限度地收集該類探針的發(fā)光信號。例如，以Yb作為主要摻雜元素的小尺寸納米顆粒（~15nm），與其他常用發(fā)光材料相比有一個數(shù)量級以上的發(fā)光強度優(yōu)勢。通過調整核殼結構中殼的厚度，可以顯著調整材料的發(fā)光壽命。

圖a “零Stokes位移”光致發(fā)光探針的設計；b 時間域濾光和其它熒光檢測手段的對比

適合多種臨床應用

鑒于該類材料的獨特性質，研究人員將其發(fā)展成時光域熒光成像方法，用于時間域上的多通道解碼和活體示蹤，腫瘤被動靶向等臨床應用，展示出廣闊的應用前景。研究成果近期發(fā)表在《自然 光子學》（Nature Photonics）期刊上。