近紅外長餘輝發光的多格位可控發射調製

近年來隨著光學成像在生物醫學基礎研究、疾病治療和臨床醫學等領域的發展及應用，已成為一種前景廣闊的檢測技術。醫學光學檢測技術的發展和應用迫切需求能與之匹配的近紅外熒光探針。而近紅外長餘輝發光材料由於其獨特的結構特點，使得這類材料能夠存儲大量電子和能量，在激發停止後依然能產生較長時間的光發射，具有超長的發光壽命。這種長餘輝發光特性可以實現「免原位激發」生物醫學成像，從而可以避免原位激發產生的組織自體熒光、背景干擾和對生物組織的光毒性，同時其發射波長在近紅外「光學窗口」內，具有較深的組織穿透性。因此，進行近紅外長餘輝發光材料的機理研究對於新型近紅外熒光探針的構建與應用都具有重要的意義。

近期，香港理工大學應用物理學系郝建華教授課題組與華南理工大學材料學院張勤遠教授課題組，利用高溫固相反應法製備了過渡金屬離子Cr3+激活的Ca3Ga2Ge3O12(CGGG)熒光材料。此材料在近紅外區域實現了Cr3+的超寬多格位發光，光譜覆蓋範圍大約為650-1100 nm，高斯擬合發射光譜結果表明激活離子Cr3+至少佔據了三種不同的晶體學格位。結合基質CGGG的晶體結構數據、不同Cr3+摻雜濃度下的發射光譜、變溫光譜以及熒光材料的電子自旋共振譜（EPR），確認了Cr3+的佔位情況。有趣的是，熱釋光譜表明Cr3+激活的CGGG熒光材料具有長餘輝現象，而且比較不同Cr3+摻雜濃度下熒光材料的三維和二維熱釋光譜，發現有明顯的變化，利用這些現象，初步研究格位佔據與長餘輝發光的關係。通過改變外部條件，例如激活離子的摻雜濃度、激發波長、樣品的測試溫度等，實現不同格位的選擇性長餘輝發光，這樣就能在一個簡單的體系里（Cr3+: CGGG），有效地實現近紅外長餘輝發光調控。

本研究從多格位可控長餘輝發光的角度出發，提出了近紅外發光調控的新策略，為近紅外長餘輝發光材料的研究開拓了新的思路。論文第一作者為2014年度香江學者 (Hong Kong Scholar)林惠紅博士，相關論文在線發表在Advanced Optical Materials（DOI: 10.1002/adom.201700227）上。

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