在這幅富有想象力的藝術(shù)作品中,一個(gè)摻雜鑭系元素的納米顆粒被描繪成一只蜘蛛,而它織出的網(wǎng)則由9-蒽甲酸構(gòu)成——這是一種用于捕獲電荷載流子并高效“收集”難以捉摸的“暗”三重態(tài)分子激發(fā)態(tài)的有機(jī)天線。圖片來源:英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室

英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種利用“分子天線”為絕緣納米顆粒供電的新技術(shù),首次讓這類材料實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光,并制成超純近紅外發(fā)光二極管,有助推動(dòng)醫(yī)學(xué)診斷、光通信和傳感技術(shù)的革新。相關(guān)成果19日發(fā)表于《自然》雜志。

研究聚焦一種名為鑭系摻雜納米顆粒的材料。它們發(fā)出的光極為純凈穩(wěn)定,尤其是在可穿透深層生物組織的第二近紅外波段,應(yīng)用潛力巨大。但由于其電絕緣特性,長(zhǎng)期無法作為電子器件材料使用。

此次研究的突破在于,團(tuán)隊(duì)在納米顆粒表面接枝9-蒽甲酸有機(jī)分子,讓其充當(dāng)微型“天線”。電荷不會(huì)直接進(jìn)入納米顆粒,而是被這些分子捕獲并進(jìn)入三重態(tài)能級(jí),再以超過98%的效率將能量轉(zhuǎn)移給顆粒內(nèi)部的鑭系離子,使其發(fā)光。

通過這一策略,團(tuán)隊(duì)制備出可在約5伏低電壓下點(diǎn)亮的“LnLED”。其發(fā)出的近紅外光具有極窄譜線寬,純度遠(yuǎn)高于量子點(diǎn)等現(xiàn)有技術(shù)。

在生物醫(yī)學(xué)成像和光通信中,越純凈、越精確的光越有優(yōu)勢(shì),LnLED可輕松實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。新研究打開了廣泛的應(yīng)用前景。憑借電驅(qū)動(dòng)時(shí)仍能保持超純光輸出的能力,這些納米顆粒有望催生新一代醫(yī)療設(shè)備。例如用于深層組織成像,協(xié)助癌癥檢測(cè)、器官功能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);或精準(zhǔn)激活光敏藥物;在光通信領(lǐng)域,超窄光譜線寬有望實(shí)現(xiàn)更快、更清晰的數(shù)據(jù)傳輸,減少信號(hào)干擾;還可用于打造高靈敏度的化學(xué)或生物標(biāo)志物探測(cè)設(shè)備。