英國劍橋大學(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，長期無法作為電子器件材料使用。
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：英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室
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，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，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、器官功能實(shí)時(shí)監(jiān)測；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)志物探測設(shè)備。
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