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：
2024-11-06
浏览次数:
93
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。首先，分析了SrS: Tm3+近红外荧光粉的微观结构、形貌及发光光谱，系统地研究了由晶体学上的Sr缺陷和对称晶体畸变实现的有效基质吸收机制（图1）。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。（来源：科学网）相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.09.024
Hot News
/
相关推荐
2024
-
12
-
26
点击次数:
68
2024年12月15日下午，上海稀土聚氨酯硅酸盐协会联合党支部在上海师范大学化学楼会议室召开党员大会，会议由支部书记吴建思主持，联合支部周襄瑶、高爱根、陈奕睿、杨利锋、崔中倪全体党员出席。会上，全体党员通过聆听报告，观看视频等多种形式的学习方式，认真学习领会2024年中央经济工作会议的会议精神，以及《必须坚持守正创新》、《深入推进党的自我革命》等重要文章的主要内容，还对联合支部今年工作总结及明年工...
2024
-
12
-
26
点击次数:
136
2024年12月15日下午，上海稀土聚氨酯硅酸盐协会联合党支部在上海师范大学化学楼会议室召开党员大会，会议由支部书记吴建思主持，联合支部周襄瑶、高爱根、陈奕睿、杨利锋、崔中倪全体党员出席。会上，全体党员通过聆听报告，观看视频等多种形式的学习方式，认真学习领会2024年中央经济工作会议的会议精神，以及《必须坚持守正创新》、《深入推进党的自我革命》等重要文章的主要内容，还对联合支部今年工作总结及明年工...
2024
-
12
-
26
点击次数:
58
来源：中国科学院新疆理化技术研究所双折射率是双折射晶体及非线性光学晶体的关键参数，它在调制光的偏振和实现角度相位匹配方面发挥着不可或缺的作用。目前，仅有少数几种双折射材料被商业化应用，包括MgF2、α-BaB2O4（α-BBO）、CaCO3、YVO4、TiO2和LiNbO3。它们双折射率范围为0.012~0.256。因此迫切需要寻找具有显著光学各向异性的双折射材料。然而，相较于庞大的材料设计空间，...
2024
-
12
-
26
点击次数:
73
来源：西安交通大学氮化物基发光二极管（LED）可广泛应用于照明、显示及通信领域。其中，光源的线偏振特性作为一项关键的功能扩展，为显示背光、3D成像、信息加密和生物医学诊断等领域开辟了全新的应用路径。然而，现有的在c平面蓝宝石衬底上外延生长的LED普遍被视为非偏振光源，偏振消光比（ER）极低，难以满足应用需求。研究发现，通过在LED表面集成线偏振光学结构可以提高ER，这些结构作为模式选择层提取横向磁...