一个更快，更有效的纳米颗粒成像系统

　　

　　

　　研究人员开发了一种新的纳米颗粒成像系统。它由高精度、短波红外成像技术组成，能够捕捉到稀土掺杂纳米颗粒在微到毫秒范围内的光致发光寿命。

　　这一发现被命名为“使用全光条纹成像的稀土掺杂纳米粒子的短波红外光致发光寿命测绘”，发表在《高级科学》杂志上，为有前途的应用铺平了道路，特别是在生物医学和信息安全领域。

　　稀土元素是具有战略意义的金属，具有独特的发光特性，使其成为前沿科学中非常有吸引力的研究工具。此外，这些离子掺杂的纳米粒子的光致发光寿命具有受外界条件影响最小的优点。因此，通过成像测量它提供了数据，从中可以获得准确和高度可靠的信息。尽管这一领域取得了显著的进展，但现有的用于这类测量的光学系统还不够理想。

　　研究人员由来自法国国家科学研究院(INRS) énergie马萨伊姆萨伊姆通讯研究中心的梁金阳教授和费奥伦佐·维特隆教授领导。

　　“到目前为止，由于光子探测效率低下，成像速度有限，灵敏度低，现有的光学系统提供的可能性有限，”超快成像和生物光子学专家梁解释说。

　　迄今为止，测量稀土掺杂纳米粒子的光致发光寿命最常用的技术包括计数时间相关的单光子。

　　“这种方法需要在同一位置进行大量的重复激发，因为探测器每次激发只能处理有限数量的光子，”该研究的第一作者、由教授指导的能源与材料科学博士生苗柳说。梁和维特隆。

　　然而，稀土掺杂纳米粒子在红外光谱中的光致发光寿命较长，从数百微秒到几毫秒不等，限制了激发的重复率。因此，构建光致发光强度衰减曲线所需的像素停留时间要长得多。

　　为了克服这一挑战，Liang和Vetrone的团队将条纹光学与高灵敏度相机结合起来。由此产生的设备被称为SWIR-PLIMASC (SWIR用于短波红外，PLIMASC用于使用全光学条纹相机的光致发光寿命成像显微镜)。它极大地改善了短波红外光致发光寿命光学特性的映射。它是光学领域第一个高灵敏度、高速SWIR成像系统。

　　“它有几个优点，”刘说。“例如，它对900纳米到1700纳米的宽光谱范围做出反应，允许在不同的波长和/或光谱波段检测光致发光。”

　　博士生补充说，在这个设备的帮助下，红外光谱中的光致发光寿命，从微秒到毫秒，可以直接在一个快照中捕获，1D成像速度可以从10.3 kHz调整到138.9 kHz。

　　最后，将光致发光的时间信息分配到不同的空间位置的操作，保证了一维光致发光强度衰减的整个过程可以记录在一个快照中，而不需要重复激发。“你节省了时间，但仍然获得了高灵敏度，”刘说。

　　作为这项研究的一部分所开展的工作将产生非常切实的影响。在生物医学领域，SWIR-PLIMASC所带来的进步可能被用于对抗癌症，Vetrone说，他的专长是纳米医学。

　　“当我们的系统应用于稀土离子的基于温度的光致发光寿命成像时，我们相信获得的数据可以，例如，帮助更早，更准确地检测癌细胞。这些细胞的新陈代谢会提高周围组织的温度，”维特隆说。

　　这一创新系统还可用于以更高的安全级别存储信息，更具体地说，防止文件和数据被伪造。最后，在基础科学领域，这些前所未有的成果将使科学家能够合成具有更有趣光学特性的稀土纳米粒子。