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

近日，沈阳理工大学沈龙海教授团队在高掺杂上转换纳米粒子（UCNPs）的荧光调变领域取得重要进展。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”为题发表在国际知名期刊《Microchimica Acta》上。沈阳理工大学为该论文第一单位，理学院研究生纪琪琪与沈阳医学院研究生秦梦茹为共同第一作者，理学院齐东丽副教授、沈龙海教授，材料科学与工程学院匡野副教授与沈阳医学院王一维副教授为共同通讯作者。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业应用带来一些灵感和启发。

应用方向：上转换纳米粒子、高掺杂、核壳结构、NaHoF₄、晶格畸变
 

正文：
 

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*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