近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士團隊在基于等離子體激光體系的發(fā)光探針方面取得重要進展。
現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的高度發(fā)達，很大程度上依賴于發(fā)光探針的先進性及其發(fā)展。過去幾十年，人類創(chuàng)造出一系列的發(fā)光物質(zhì)，并得以在基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)診斷及化學(xué)工業(yè)等多個層面廣泛應(yīng)用。這些發(fā)光探針包括：有機熒光染料、半導(dǎo)體量子點、熒光蛋白、上轉(zhuǎn)換熒光材料、生物發(fā)光分子等等。
使用不同顏色的發(fā)光探針，可觀測生物體系中多種生物分子的協(xié)同行為，或同時分析多種特征的疾病標志物。上述發(fā)光探針的發(fā)光行為都是基于自發(fā)輻射，具有較寬的發(fā)射光譜分布。這種寬譜的發(fā)光特征，從物性限制了同時標記和檢測的發(fā)光探針的種類不過4－5種。如能從物性根源上改變發(fā)光探針的發(fā)光行為，使其發(fā)光呈現(xiàn)出類似激光的單色性，有望大大拓展生命分析的容許通道數(shù)。
然而，二能級等離子激光體系離實際生物應(yīng)用還有較大的距離。要在納米尺度內(nèi)實現(xiàn)光的受激輻射放大，必須對增益介質(zhì)和諧振腔內(nèi)的電子躍遷和能量轉(zhuǎn)移實施精準的設(shè)計和調(diào)控，以降低激射閾值、延長激射時間，滿足實際生物應(yīng)用的要求。
在激光基礎(chǔ)理論的啟發(fā)下，研究團隊通過設(shè)計增益介質(zhì)的電子能級，利用電子的三重激發(fā)態(tài)躍遷，第一次在實驗上構(gòu)建了三能級的等離子體激光探針。 受益于三重激發(fā)態(tài)的長壽命以及自旋禁阻的量子規(guī)則，實現(xiàn)了～3 nm的激射線寬、～102 μs的發(fā)光壽命以及低至1 mJ cm-2的激射閾值（較之前降低了2個數(shù)量級），已能與常規(guī)生物檢測儀器（如共聚焦顯微鏡、流式細胞儀）相兼容。該探針設(shè)計理念的建立，為下一代新型發(fā)光探針的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。
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