UCNPs上转换纳米粒子

1、上转换纳米粒子

上转换纳米粒子（Upconversion Nanoarticles，UCNPs）是一种能够将低能量的近红外光（如980 nm或808 nm）转化为高能量的可见光或紫外光的功能性纳米材料。这种独特的光学性能主要要求稀土离子含有掺杂的晶体结构，例如铒（Er3⁺）、镱（Yb3⁺）或钬（Ho3⁺）等离子的材料。

原理：

上转换过程涉及多光子吸收和能量转移的机制。稀土离子的4f电子壳层结构产生了窄带的吸收和发射能级：

激发：低能量的近红外光激发镱（Yb³⁺）等敏化剂离子。

能量转移：敏化剂将能量传递给激活剂（如Er3⁺或Ho3⁺）。

发光：激活剂通过能级跃迁产生高能量的可见光或紫外光。

常见材料：

UCNPs的基底材料通常选择低成本的无机晶体，例如：

转化物：如NaYF₄，是最常用的基底材料，传承低声子能量和良好的上转换效率。

氧化物：如Y₂O₃。

氯化物或氯化物：用于特定的光谱需求。

稀土离子掺杂种类和比例会影响转换上的发射波长、效率和稳定性。

特点：

高光学稳定性：不易受光漂白影响。

窄发射带宽：可通过调节掺杂离子精确控制发光颜色。

深组织性：近红外光可有效仓库生物组织。

低背景噪声：与传统荧光染料相比，背景光干扰小。

研究方向：

提高转换效率。

开发低激发功率、高不同的纳米粒子。

优化生物相容性，降低潜在的毒性。

封面图片来自：[1]Christian Würth, Manley P , Voigt R ,et al.Metasurface Enhanced Sensitized Photon Upconversion: Toward Highly Efficient Low Power Upconversion Applications and Nanoscale E-Field Sensors[J].Nano Letters, 2020. DOI:10.1021/acs.nanolett.0c02548.