引言

典型的熒光體是吸收短波長的激發(fā)光后,，釋放低能量的長波長的光,，即下轉(zhuǎn)換熒（downconversion,，DC）,。與此相反的,，上轉(zhuǎn)換（Upconversion,，UC）熒光體則具備吸收長波長激發(fā)光并釋放高能量的短波長光的特性。即常規(guī)DC熒光體吸收高能量的光（紫外線）,，釋放出頻率低的光（可見光）,，UC熒光體則吸收低能量光（紅外線），釋放高能量的光（可見光）（圖1）,。迄今為止,，zui典型的上轉(zhuǎn)換材料是包含吸收能量離子（例如Yb、Er 或 Sm）和發(fā)射能量離子（例如Er,、Ho,、Pr、Tm）的三價稀土離子化合物。摻雜稀土離子的納米粒子具有如下諸多優(yōu)點：①化學穩(wěn)定性良好,，發(fā)光過程幾乎不受溫度,、濕度、pH等的影響,；②光化學穩(wěn)定性好,，長時間在強光或激發(fā)光照射下仍具有很高的光學穩(wěn)定性，且不易被光解,；③上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料激發(fā)波長一般是近紅外或紅外光,，而在生物體系中，大部分干擾物不會被激發(fā),，降低了檢測背景,，使得靈敏度獲得很大的提高；④上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的近紅外或紅外激發(fā)光波長長,，能量低,，所以可以很好的穿透一些生物組織而不會對其產(chǎn)生傷害；⑤上轉(zhuǎn)換納米材料是稀土摻雜材料,，這相比于一些常用的熒光染料,，價格低廉。而且其激發(fā)光源采用的是實惠的980nm紅外激光器,，檢測裝置比較簡單,。所以該材料可廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，如在化學研究方面,，可應(yīng)用于照明,、太陽能電池、光學記錄裝置,、發(fā)光二極管等領(lǐng)域,，在生物化學研究方面，可應(yīng)用于生物標志物,、藥物載體的研究領(lǐng)域,。另外,，在醫(yī)學領(lǐng)域,，可應(yīng)用于利用激光治療癌癥的激光療法。

圖 1. 上轉(zhuǎn)換原理

本應(yīng)用針對由稀土類納米粒子構(gòu)成的日光石納米晶體進行了一系列實驗,。日光石納米晶體的光量子效率和發(fā)光強度較高,，廣泛應(yīng)用于生物產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)有醫(yī)療診斷中使用的熒光物質(zhì),，需要用X線或紫外線長期照射人體,，容引起DNA損傷、誘發(fā)細胞壞死等問題,，相反上轉(zhuǎn)換熒光體利用低能量近紅外線對人體細胞的直接傷害較小,。另外,，由于上轉(zhuǎn)換熒光體吸收IR，釋放紫外,、可見光,，呈現(xiàn)較大的反斯托克斯位移（anti-stokes shift）(~500 nm)，使得激發(fā),、發(fā)射光譜分離較為容易,。在本應(yīng)用中將介紹利用圖 2 所示的 Lumina 紅外激光池附件檢測上轉(zhuǎn)換樣品的熒光性質(zhì)。紅外激光（IRLaser）選用 975 nm（1000mW）的CW二極管激光,。圖 2. Lumina紅外激光池附件

試劑和儀器

1.熒光分光計（Lumina）

2.日光石上轉(zhuǎn)換納米晶體 UCP 545(Sigma Aldrich)

3.日光石上轉(zhuǎn)換納米晶體 UCP 804(Sigma Aldrich)

4.熒光比色皿

5.Lumina紅外激光池附件

實驗步驟

1.將日光石上轉(zhuǎn)換納米晶體UCP545分散在3次蒸餾水內(nèi),，濃度為 1 mg/ml。

2.用超聲波處理15分鐘使納米晶體和溶劑充分混合,。

3.按照步驟1,、2制備日光石上轉(zhuǎn)換納米晶體UCP803。

4.將待檢樣品注入比色皿內(nèi),，再將比色皿插入紅外激光池支架上,。

5.按圖 3 所示設(shè)定檢測條件后檢測熒光

結(jié)果

樣品的熒光檢測結(jié)果如下：兩個樣品均吸收紅外激光光源發(fā)出的波長975mm（±10nm）的紅外光，并在可見光波長范圍內(nèi)發(fā)生上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象（圖4）,。日光石UCP545的特點是吸收波長為976nm的紅外光,，發(fā)射為545nm和658nm可見光。經(jīng)檢測確認波長為545nm 和 658nm 時出現(xiàn)發(fā)射光峰值,。

日光石UCP803的特點是吸收波長為976nm的紅外光,，發(fā)射波長為500nm和803nm。特別是波長為803nm時出現(xiàn)發(fā)射光峰值,。經(jīng)實驗檢測確認波長為500nm和803nm時出現(xiàn)發(fā)射光峰值,，并且波長為803nm時的熒光強度高于波長為500nm時的熒光強度。上述兩個樣品均顯示兩個以上熒光發(fā)射峰,，發(fā)射峰窄并尖銳,。這是由于被激發(fā)的電子跌回基態(tài)時的能量各自不同導致。

結(jié)論

在本實驗中,，利用Thermo Fisher 的 Lumina 熒光分光光度計和紅外激光附件對上轉(zhuǎn)換（Upconversion）材料的熒光性能進行了研究,。分析結(jié)果與上轉(zhuǎn)換（Upconver-sion）原理一致，樣品吸收長波長的紅外光后在短波長可見光波長范圍內(nèi)釋放熒光,。