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近日,沈陽理工大學(xué)沈龍海教授團隊在高摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子(UCNPs)的熒光調(diào)變領(lǐng)域取得重要進展。研究成果以“Structural Influences on Lattice Distortion in Luminescence Finetuning of Core–multi-shell Upconversion Nanoparticles Highly Doped with Yb3+ and Ho3+ Ions”為題發(fā)表在國際知名期刊《Microchimica Acta》上。沈陽理工大學(xué)為該論文第一單位,理學(xué)院研究生紀(jì)琪琪與沈陽醫(yī)學(xué)院研究生秦夢茹為共同第一作者,理學(xué)院齊東麗副教授、沈龍海教授,材料科學(xué)與工程學(xué)院匡野副教授與沈陽醫(yī)學(xué)院王一維副教授為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果,希望對您的科學(xué)研究或工業(yè)應(yīng)用帶來一些靈感和啟發(fā)。
應(yīng)用方向:上轉(zhuǎn)換納米粒子、高摻雜、核殼結(jié)構(gòu)、NaHoF4、晶格畸變

正文:
稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換納米粒子(UCNPs)具有發(fā)射峰窄、毒性低、理化穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)勢,應(yīng)用潛質(zhì)巨大。在UCNPs的基質(zhì)中,通過金屬雜離子摻雜實現(xiàn)晶格畸變,可降低稀土離子附近的晶體場對稱性,進而提升其上轉(zhuǎn)換發(fā)光(UCL)能力。該策略廣泛采用,但在高摻雜UCNPs中應(yīng)用較少,且缺乏受核殼結(jié)構(gòu)影響的細(xì)致探究。
近日,沈龍海教授團隊通過含Zn2+組分的NaHoF4:Gd3+@NaGdF4:Yb3+高摻雜多殼層結(jié)構(gòu)(Ho@Yb)UCNPs,探究了核殼結(jié)構(gòu)因素對晶格畸變調(diào)變UCL的影響(圖1、2、3)。

圖1. Ho@Yb UCNPs中的UCL機制,以及活性殼層中Yb3+的濃度分布對敏化能傳遞的影響。

圖2. 不同Yb@Ho@Yb雙層殼結(jié)構(gòu)中晶格畸變對UCL強度與壽命的影響及相關(guān)機制。

圖3. 不同Ho@Yb@Yb@Yb和Ho@Ho@Yb@Yb三層殼結(jié)構(gòu)中晶格畸變對UCL強度與壽命的影響及相關(guān)機制。
實驗結(jié)果表明,晶格畸變促進Yb3+和Ho3+的4f–4f躍遷,但在NaHoF4基質(zhì)中共摻雜高濃度的Gd3+和Zn2+可能抵消晶格畸變,并延長Yb3+–Ho3+能量傳遞距離(圖2)。另外,單一殼層中與Ho3+或Yb3+單獨共摻雜的*佳Zn2+摻雜濃度會因整體核殼結(jié)構(gòu)變化而改變。當(dāng)Zn2+摻雜時,NaGdF4:Yb3+@NaHoF4@NaGdF4:Yb3+(Yb@Ho@Yb)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高達(dá)635.82 μs的UCL壽命(圖2);而NaHoF4@NaHoF4@NaGdF4:Yb3+@NaGdF4:Yb3+(Ho@Ho@Yb@Yb)結(jié)構(gòu)在維持UCL強度基本不變的同時,可實現(xiàn)111.58至245.29 μs范圍的UCL壽命調(diào)變(圖3)。

圖4. 含Zn2+組分的Ho@Yb UCNPs的多功能應(yīng)用表征。
此外,在優(yōu)化UCNPs的核殼結(jié)構(gòu)與UCL性能后,團隊還對其多功能應(yīng)用潛質(zhì)行了探究(圖4)。經(jīng)PEI修飾的UCNPs表現(xiàn)出良好的生物相容性,并同時具備CT、T1-MR和T2-MR多通道生物成像能力(圖4)。
該研究可豐富NaHoF4 UCNPs的鈥基熒光調(diào)變策略,提升材料在多模態(tài)診療、防偽傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
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配置推薦:
文中不同結(jié)構(gòu)Ho@Yb UCNPs的穩(wěn)態(tài)UCL光譜及瞬態(tài)熒光衰減曲線測試,采用的是卓立漢光旗下的OminiFluo990LSP型號熒光光譜儀。該設(shè)備可用于研究UCNPs的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)UCL特性。
下圖為沈龍海教授團隊使用的熒光光譜儀及相關(guān)設(shè)備,主要用于稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的研究。

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