洋葱状的层帮助这种有效的新型纳米粒子发光


新的洋葱状纳米粒子可以在生物成像,太阳能收集和基于光的安全技术中开辟新的前沿。

粒子的创新在于它的层面:一层有机染料,一层含钕的外壳和一个掺入了镱和th的核心。总之,这些地层将不可见的近红外光转化为更高能量的蓝光和紫外光,效率创纪录,这一技巧可以提高从深层组织成像和光诱导疗法到用于印钞的安全油墨。

一位艺术家的渲染显示了一层新的洋葱状纳米粒子,其特制的层使其能够将不可见的近红外光有效地转换成更高能量的蓝光和紫外光。图片来源:魏开恒

当涉及到生物成像时,近红外光可以用来激活体内深处的发光纳米颗粒,提供高对比度的感兴趣区域的图像。在安全领域,纳米粒子注入墨水可以被纳入货币设计;这种墨水肉眼看不见,但被低能量的激光脉冲击中时发出蓝光 - 这是造假者难以复制的特征。

布法罗大学激光,光子和生物光子学研究所(ILPB)光学医学副主任兼副研究员Tymish Ohulchanskyy说:“它为未来开启了多种可能性。

“我们的设计通过创建特殊的层,有效地将能量从颗粒表面转移到发出蓝光和紫外光的核心,帮助克服以前技术所面临的一些长期存在的障碍。”陈冠英说,哈尔滨工业大学化学教授,ILPB研究员副教授。

UB化学博士生Jossana Damasco说:“我们的粒子在”上转换“光下的效率比过去创造的类似纳米粒子高100倍,这使得它更加实用。

该研究成果于10月21日在纳米快报网上发表,由瑞典皇家理工学院提供,由UB激光,光子学和生物光子学研究所和中国哈尔滨工业大学牵头。俄罗斯托木斯克州立大学;和马萨诸塞大学医学院。

该研究的资深作者是UB的ILPB执行理事和SUNY杰出的化学,物理,医学和电气工程教授Paras Prasad。

新型纳米粒子的透射电子显微镜图像,可以将不可见的近红外光转化为更高能量的蓝光和紫外光,效率更高。每个粒子的直径约为50纳米。图片来源:布法罗大学激光,光子学和生物光子学研究所

剥离层

转换低能量光线到高能量光线并不容易。这个过程涉及从低能光源捕获两个或更多的称为“光子”的微小光束,并将它们的能量组合成一个单一的更高能量的光子。

onionesque纳米粒子美丽地执行这项任务。它的三个层中的每一层都具有独特的功能:

  • 最外层是有机染料的涂层。 这种染料擅长从低能近红外光源吸收光子。它作为纳米粒子的“天线”,收集光线和传递能量,Ohulchanskyy说。
  • 下一层是含钕壳。这层作为桥梁,将能量从染料转移到粒子的发光核心。
  • 内部发光 核心,镱和th离子一起工作。镱离子将能量吸收到核中,并将能量传递给th离子,th离子具有特殊的性质,能够一次吸收三,四或五个光子的能量,然后发射一个单一的高能量的蓝光子和紫外线。

那么为什么不直接使用核心呢?为什么加入染料和钕 层呢?

正如Ohulchanskyy和Chen所解释的那样,核心本身在吸收来自外界的光子方面效率低下。这就是染料进入的地方。

一旦添加了染料,含钕层对于将能量从染料有效地转移到核心是必要的。 Ohulchanskyy用楼梯的类比来解释这是为什么:当材料中的分子或离子吸收光子时,它们进入“激发”状态,从而将能量转移到其他分子或离子。最有效的转移发生在分子或离子之间,这些分子或离子的激发态需要相似的能量来获得,但是染料和镱离子具有非常不同的能量的激发态。所以这个团队加入了钕(它的激发态介于染料和th之间)作为两者之间的桥梁,为能量传播到达发射th离子创造了一个“阶梯”。

本研究由中国科学技术部空间科学研究办公室,国家杰出青年科学基金,中国科技部国际合作项目,哈尔滨工业大学基础研究优秀人才计划和中国中央大学基础研究基金。

除了Chen,Damasco,Ohulchanskyy和Prasad外,论文的合着者还包括邱海龙,魏韶,拉希德·瓦列夫,吴翔,韩刚,王燕,杨春辉和汉斯·阿格伦。

来源:纽约州立大学布法罗分校