發光探針是一種重要的生物可視化工具，通常用于生物成像和檢測等多個應用領域。目前發展的發光探針主要有碳納米管、熒光染料、量子點和稀土摻雜納米材料等。其中，稀土納米材料由于光穩定性好、生物毒性較低等優勢成為研究熱點。但是，通常所用的稀土納米材料存在量子效率低、光吸收截面小等問題，對其性質的調控研究處于探索階段。

國家“納米科技”重點專項

在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的支持下，復旦大學李富友教授研究團隊研發出一類激發與發射波長相同、發光壽命長的納米探針，其以稀土元素鐿（Yb）、鉺（Er）、銩（Tm）、釹（Nd）等作為主要摻雜元素，具有獨特的零Stokes位移光致發光特性。

相當于光的短暫存儲器

該類探針像是一個光的短暫存儲器，可在激發后的一段時間內持續產生與激發光波長相同的發光信號。盡管傳統的基于波長濾光的發光探測手段無法完整地研究該發光現象，但研究人員利用該類探針發光壽命較長的特點，發展了一種新的信號收集方式，通過控制發光收集窗口在脈沖激發之后，在時間域上進行激發光的濾除，從而最大限度地收集該類探針的發光信號。例如，以Yb作為主要摻雜元素的小尺寸納米顆粒（~15nm），與其他常用發光材料相比有一個數量級以上的發光強度優勢。通過調整核殼結構中殼的厚度，可以顯著調整材料的發光壽命。

圖a “零Stokes位移”光致發光探針的設計；b 時間域濾光和其它熒光檢測手段的對比

適合多種臨床應用

鑒于該類材料的獨特性質，研究人員將其發展成時光域熒光成像方法，用于時間域上的多通道解碼和活體示蹤，腫瘤被動靶向等臨床應用，展示出廣闊的應用前景。研究成果近期發表在《自然 光子學》（Nature Photonics）期刊上。