光學(xué)成像技術(shù)能夠洞察復(fù)雜的生命活動，為揭示生物體內(nèi)的復(fù)雜生理與病理動態(tài)過程提供關(guān)鍵視角。其中第二近紅外窗口（NIR-II，700-1700 nm）的光學(xué)成像能更深入地穿透組織高清晰度成像，在活體成像、腫瘤手術(shù)導(dǎo)航等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。鑭系納米粒子是理想的NIR-II發(fā)光材料，但傳統(tǒng)鑭系納米顆粒受限于敏化劑效率，需要依賴高功率激光激發(fā)才能獲得足夠的發(fā)光亮度。因此，尋找替代性敏化劑，以達(dá)成低功率激發(fā)的高效近紅外發(fā)光，對于拓展鑭系納米材料的應(yīng)用范圍具有至關(guān)重要的意義。
針對這一難題，本研究團(tuán)隊(duì)統(tǒng)介紹了過渡金屬敏化鑭系近紅外發(fā)光納米粒子的合成方法，為高性能發(fā)光材料的開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)化方案。該協(xié)議詳細(xì)闡述了從三氟乙酸鹽前驅(qū)體制備到最終納米粒子合成的全流程，涵蓋鉻、錳、鎳三種過渡金屬離子作為敏化劑的合成路徑。與傳統(tǒng)鑭系材料相比，過渡金屬離子具有更高的摩爾吸光系數(shù)，能夠顯著提升材料的吸光能力和發(fā)光效率。
圖1 . 過渡金屬敏化鑭系近紅外發(fā)光納米粒子的工作流程
此外，研究團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了熱分解反應(yīng)裝置，成功制備了Na?CrF?:Er、NaMnF?:Er和KNiF?:Er等多種過渡金屬敏化鑭系納米粒子，并構(gòu)建了NaYF?:Er@Na?CrF?核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的染料敏化策略相比，該方法在保持相近能量轉(zhuǎn)移效率的同時，顯著提高了材料的光穩(wěn)定性。同時，過渡金屬元素在地殼中儲量豐富，使得這種材料在成本效益方面具有明顯優(yōu)勢，為大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該協(xié)議還提供了詳細(xì)的故障排除指南和驗(yàn)證方案，確保實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。該新型發(fā)光材料在生物醫(yī)學(xué)成像（尤其是活體深組織成像）等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。本研究構(gòu)建的先進(jìn)材料庫及相關(guān)合成策略，有望推動近紅外發(fā)光材料的創(chuàng)新應(yīng)用。
圖2. （a-c）鉻敏化鑭系納米顆粒（Na3CrF6:Er）的結(jié)構(gòu)與形貌表征。
（d-f）錳敏化鑭系納米顆粒（NaMnF3:Er）的結(jié)構(gòu)與形貌表征。
（g-i）鎳敏化鑭系納米顆粒（KNiF3：Er）的結(jié)構(gòu)與形貌表征。
參考文獻(xiàn)：
J. Ming, Z. Xie, J. Wu & F. Zhang. Synthesis of transition metal-sensitized lanthanide near-infrared luminescent nanoparticles. Nat. Protoc. 20, 123–456 (2025). https://doi.org/10.1038/s41596-025-01245-6
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