南京林业大学在上转换纳米材料研究获进展

近日，南京林业大学高效能量转换材料与技术创新团队在化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（中文译名《德国应用化学》，影响因子：15.336）发表题为“NIR-I-Responsive Single-Band Upconversion Emission through Energy Migration in Core-Shell-Shell Nanostructures”的研究成果。理学院青年教师丁明烨副教授为第一作者，创新团队带头人杨小飞教授为唯一通讯作者。该成果得到江苏省自然科学基金、南京林业大学杰出青年基金、南京林业大学标志性成果-国家杰青培育项目和省部共建林产化学与材料国际创新高地的资助。

上转换纳米材料具有窄带发射、长荧光寿命、优异光稳定性和低毒性等优点，在生物成像领域展现出巨大应用前景，但目前仍存在以下重难点问题：激发光照射导致局部过热，易引起生物组织损伤，且降低光穿透深度；稀土离子的多峰发射，特别是生物窗口外的发射峰对成像信号造成干扰，降低成像分辨率和灵敏度；上转换发光强度有待进一步提高。因此，设计开发激发和发射波长位于生物窗口的高效上转换发光材料对深层生物组织的光学成像具有重要意义。

团队在前期研究工作的基础上，根据深组织生物成像的需求，结合稀土离子的吸收和发射特性，在生物窗口区（650~900 nm）进行激发-发射光谱调控，构建以Nd3+离子为敏化剂，Yb3+为能量传递桥梁，Er3+为激活剂，Mn2+为调控中心的上转换发光体系。团队以α-NaY(Yb)F4为核，CaF2和NaYbF4为壳层，通过多层核壳结构设计、组分优化及光谱调控，构筑Nd3+(外壳层)→Yb3+(中间壳层) →Yb3+(内核层)→Er3+(内核层)的高效能量传递过程，并在对结构、组分及性能优化调控的基础上，利用Er3+与Mn2+之间的能量传递过程实现Nd3+敏化高效单带上转换发光，探讨Mn2+掺杂对Nd3+→Yb3+→Er3+传递过程的影响，揭示Mn2+掺杂诱导单谱带红光发射的调控规律及作用机制。研究表明，制备得出的上转换纳米材料具有更强的生物组织穿透能力和更低的热效应，具有重要的技术价值和潜在应用前景。

来源：南京林业大学

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202203631