近日，沈陽理工大學沈龍海教授團隊在高摻雜上轉換納米粒子（UCNPs）的熒光調變領域取得重要進展。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"為題發表在國際知*期刊《Microchimica Acta》上。沈陽理工大學為該論文第一單位，理學院研究生紀琪琪與沈陽醫學院研究生秦夢茹為共同第一作者，理學院齊東麗副教授、沈龍海教授，材料科學與工程學院匡野副教授與沈陽醫學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，希望對您的科學研究或工業應用帶來一些靈感和啟發。應用方向：上轉換納米粒子、高摻雜、核殼結構、NaHoF4、晶格畸變

正文：

稀土摻雜的上轉換納米粒子（UCNPs）具有發射峰窄、毒性低、理化穩定性高等諸多優勢，應用潛質巨大。在UCNPs的基質中，通過金屬雜離子摻雜實現晶格畸變，可降低稀土離子附近的晶體場對稱性，進而提升其上轉換發光（UCL）能力。該策略廣泛采用，但在高摻雜UCNPs中應用較少，且缺乏受核殼結構影響的細致探究。

近日，沈龍海教授團隊通過含Zn2+組分的NaHoF4:Gd3+@NaGdF4:Yb3+高摻雜多殼層結構（Ho@Yb）UCNPs，探究了核殼結構因素對晶格畸變調變UCL的影響（圖1、2、3）。

圖1. Ho@Yb UCNPs中的UCL機製，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雙層殼結構中晶格畸變對UCL強度與壽命的影響及相關機製。

圖3. 不同Ho@Yb@Yb@Yb和Ho@Ho@Yb@Yb三層殼結構中晶格畸變對UCL強度與壽命的影響及相關機製。

實驗結果表明，晶格畸變促進Yb3+和Ho3+的4f–4f躍遷，但在NaHoF4基質中共摻雜高濃度的Gd3+和Zn2+可能抵消晶格畸變，並延長Yb3+–Ho3+能量傳遞距離（圖2）。另外，單一殼層中與Ho3+或Yb3+單獨共摻雜的最佳Zn2+摻雜濃度會因整體核殼結構變化而改變。當Zn2+摻雜時，NaGdF4:Yb3+@NaHoF4@NaGdF4:Yb3+（Yb@Ho@Yb）結構可以實現高達635.82 μs的UCL壽命（圖2）；而NaHoF4@NaHoF4@NaGdF4:Yb3+@NaGdF4:Yb3+（Ho@Ho@Yb@Yb）結構在維持UCL強度基本不變的同時，可實現111.58至245.29 μs範圍的UCL壽命調變（圖3）。

圖4. 含Zn2+組分的Ho@Yb UCNPs的多功能應用表征。

此外，在優化UCNPs的核殼結構與UCL性能後，團隊還對其多功能應用潛質行了探究（圖4）。經PEI修飾的UCNPs表現出良好的生物相容性，並同時具備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的鈥基熒光調變策略，提升材料在多模態診療、防偽傳感等領域的應用前景。

配置推薦：

文中不同結構Ho@Yb UCNPs的穩態UCL小优视频官方下载及瞬態熒光衰減曲線測試，采用的是小优视频app为爱而生旗下的OminiFluo990LSP型號熒光小优视频官方下载儀。該設備可用於研究UCNPs的穩態和瞬態UCL特性。

下圖為沈龍海教授團隊使用的熒光小优视频官方下载儀及相關設備，主要用於稀土上轉換納米材料的研究。  

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