用户速递 | 沈阳理工大学沈龙海教授团队：高掺杂上转换纳米粒子中核壳结构对晶格畸变效果的影响研究

稀土掺杂的上转换纳米粒子（UCNPs）具有发射峰窄、毒性低、理化稳定性高等诸多优势，应用潜质巨大。在UCNPs的基质中，通过金属杂离子掺杂实现晶格畸变，可降低稀土离子附近的晶体场对称性，进而提升其上转换发光（UCL）能力。该策略广泛采用，但在高掺杂UCNPs中应用较少，且缺乏受核壳结构影响的细致探究。

近日，沈龙海教授团队通过含Zn²⁺组分的NaHoF₄:Gd³⁺@NaGdF₄:Yb³⁺高掺杂多壳层结构（Ho@Yb）UCNPs，探究了核壳结构因素对晶格畸变调变UCL的影响（图1、2、3）。

图1. Ho@Yb UCNPs中的UCL机制，以及活性壳层中Yb³⁺的浓度分布对敏化能传递的影响。

图2. 不同Yb@Ho@Yb双层壳结构中晶格畸变对UCL强度与寿命的影响及相关机制。

图3. 不同Ho@Yb@Yb@Yb和Ho@Ho@Yb@Yb三层壳结构中晶格畸变对UCL强度与寿命的影响及相关机制。

实验结果表明，晶格畸变促进Yb³⁺和Ho³⁺的4f–4f跃迁，但在NaHoF₄基质中共掺杂高浓度的Gd³⁺和Zn²⁺可能抵消晶格畸变，并延长Yb³⁺–Ho³⁺能量传递距离（图2）。另外，单一壳层中与Ho³⁺或Yb³⁺单独共掺杂的最佳Zn²⁺掺杂浓度会因整体核壳结构变化而改变。当Zn²⁺掺杂时，NaGdF₄:Yb³⁺@NaHoF₄@NaGdF₄:Yb³⁺（Yb@Ho@Yb）结构可以实现高达635.82 μs的UCL寿命（图2）；而NaHoF₄@NaHoF₄@NaGdF₄:Yb³⁺@NaGdF₄:Yb³⁺（Ho@Ho@Yb@Yb）结构在维持UCL强度基本不变的同时，可实现111.58至245.29 μs范围的UCL寿命调变（图3）。

图4. 含Zn²⁺组分的Ho@Yb UCNPs的多功能应用表征。

此外，在优化UCNPs的核壳结构与UCL性能后，团队还对其多功能应用潜质行了探究（图4）。经PEI修饰的UCNPs表现出良好的生物相容性，并同时具备CT、T₁-MR和T₂-MR多通道生物成像能力（图4）。

该研究可丰富NaHoF₄ UCNPs的钬基荧光调变策略，提升材料在多模态诊疗、防伪传感等领域的应用前景。

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：

https://doi.org/10.1007/s00604-025-07608-w