近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士團(tuán)隊(duì)在基于等離子體激光體系的發(fā)光探針方面取得重要進(jìn)展。
現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的高度發(fā)達(dá)，很大程度上依賴于發(fā)光探針的先進(jìn)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(gè)層面廣泛應(yīng)用。這些發(fā)光探針包括：有機(jī)熒光染料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、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(cè)生物體系中多種生物分子的協(xié)同行為，或同時(shí)分析多種特征的疾病標(biāo)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(shí)標(biāo)記和檢測(cè)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(jí)等離子激光體系離實(shí)際生物應(yīng)用還有較大的距離。要在納米尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)光的受激輻射放大，必須對(duì)增益介質(zhì)和諧振腔內(nèi)的電子躍遷和能量轉(zhuǎn)移實(shí)施精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和調(diào)控，以降低激射閾值、延長(zhǎng)激射時(shí)間，滿足實(shí)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(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)增益介質(zhì)的電子能級(jí)，利用電子的三重激發(fā)態(tài)躍遷，第一次在實(shí)驗(yàn)上構(gòu)建了三能級(jí)的等離子體激光探針。 受益于三重激發(fā)態(tài)的長(zhǎng)壽命以及自旋禁阻的量子規(guī)則，實(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)），已能與常規(guī)生物檢測(cè)儀器（如共聚焦顯微鏡、流式細(xì)胞儀）相兼容。該探針設(shè)計(jì)理念的建立，為下一代新型發(fā)光探針的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。
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