張凡教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)近紅外二區(qū)激發(fā)/發(fā)射熒光時間分辨材料實(shí)現(xiàn)活體信息存儲和解碼
近日，化學(xué)系張凡課題組（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）報道了Tm3+敏化的近紅外二區(qū)激發(fā)（1208 nm）/發(fā)射（1525 nm）的稀土發(fā)光材料。利用該類材料熒光壽命可調(diào)的性質(zhì)，結(jié)合時間門熒光成像技術(shù)和相應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)了小動物活體內(nèi)植入的二維加密信息解析。相關(guān)研究論文“Tm3+-Sensitized NIR-II Fluorescent Nanocrystals for In Vivo Information Storage and Decoding”在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58(30), 10153-10157），論文第一作者為張洪新博士。
近年來，近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)（1000 ~ 1700 nm）為生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇。相對于傳統(tǒng)的短波長熒光成像（400 ~ 1000 nm），近紅外二區(qū)激發(fā)和發(fā)射光在生物組織中具有更低的散射和吸收，極大地提高了成像分辨率和穿透深度。在這些材料中，Er3+摻雜的稀土納米顆粒具有高效的1525 nm近紅外二區(qū)發(fā)射信號，但其激發(fā)光波長仍然局限于近紅外一區(qū)（808 nm 和980 nm）；這導(dǎo)致激發(fā)光在激勵探針之前，仍然存在生物組織自體吸收和散射導(dǎo)致的能量損失。
針對上述問題，張凡教授研究團(tuán)隊(duì)從稀土離子豐富的能級結(jié)構(gòu)和能量傳遞機(jī)理入手，設(shè)計合成了Tm3+/Er3+共摻的稀土納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了1208 nm激發(fā)下Er3+的1525 nm下轉(zhuǎn)換熒光。更重要的是通過調(diào)節(jié)Tm3+的摻雜濃度可以精確控制下轉(zhuǎn)換熒光壽命。研究團(tuán)隊(duì)將不同熒光壽命編碼的二維加密碼植入老鼠皮下，利用時間門技術(shù)成功得到了信噪比較高的熒光成像效果，并且通過熒光壽命成像實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜編碼信息的解析。該工作不僅為稀土近紅外材料的開發(fā)提供了新的手段，而且基于時間分辨調(diào)控的活體信息存儲和解碼技術(shù)也為近紅外熒光材料未來的應(yīng)用提供了新思路。
圖1 Tm3+敏化Er3+發(fā)射的稀土納米顆粒用于活體的多重信息存儲和解碼
該工作得到了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海市分子催化與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的大力支持。
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201903536。
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