研究人员开发了一种用于纳米粒子成像的新系统。它由高精度短波红外成像技术组成，能够捕获微到毫秒范围内的稀土掺杂纳米颗粒的光致发光寿命。

更快更高效的纳米颗粒成像系统

这一发现题为“使用全光条纹成像对稀土掺杂纳米颗粒进行短波红外光致发光寿命图绘制”，发表在《先进科学》杂志上，为有前景的应用铺平了道路，特别是在生物医学和信息安全领域。

稀土元素是战略金属，具有独特的发光特性，使其成为尖端科学领域非常有吸引力的研究工具。此外，掺杂这些离子的纳米粒子的光致发光寿命具有受外部条件影响最小的优点。因此，通过成像测量可以提供数据，从中可以得出准确且高度可靠的信息。尽管这一领域正在取得显着进展，但用于此类测量的现有光学系统并不理想。

研究人员由国家科学研究所 (INRS) 能源材料电信研究中心的 Jinyang Liang 和 Fiorenzo Vetrone 教授领导。

“到目前为止，由于光子检测效率低、成像速度有限和灵敏度低，现有光学系统提供的可能性有限，”超快成像和生物光子学专家梁解释道。

迄今为止，测量稀土掺杂纳米颗粒光致发光寿命的最常用技术涉及对时间相关的单光子进行计数。

该研究的第一作者、博士生 Miao Liu 表示：“这种方法需要在同一位置进行大量重复激发，因为探测器每次激发只能处理有限数量的光子。” 能源和材料科学专业的学生，​​由教授指导。梁和韦特罗内。

然而，稀土掺杂纳米颗粒在红外光谱中的光致发光寿命较长，从数百微秒到几毫秒，限制了激发的重复率。因此，建立光致发光强度衰减曲线所需的像素驻留时间要长得多。

突破极限

为了克服这一挑战，Liang 和 Vetrone 的团队将条纹光学器件与高灵敏度相机结合起来。由此产生的设备称为 SWIR-PLIMASC(SWIR 用于短波红外，PLIMASC 用于使用全光学条纹相机的光致发光寿命成像显微镜)。它极大地改善了短波红外光致发光寿命的光学特性的映射。它是光学领域首个高灵敏度、高速短波红外成像系统。

“它有几个优点，”刘说。“例如，它响应从 900 nm 到 1700 nm 的宽光谱范围，允许在不同波长和/或光谱带检测光致发光。”

博士学位。学生补充说，借助该设备，可以在一张快照中直接捕获红外光谱中从微秒到毫秒的光致发光寿命，一维成像速度可在 10.3 kHz 至 138.9 kHz 范围内调节。

最后，将光致发光的时间信息分配到不同空间位置的操作确保可以在单个快照中记录一维光致发光强度衰减的整个过程，而无需重复激发。“您可以节省时间，但仍然可以获得高灵敏度，”刘说。

生物医学和安全应用

作为这项研究的一部分开展的工作将产生非常切实的影响。Vetrone 表示，在生物医学领域，SWIR-PLIMASC 取得的进步可用于对抗癌症，其专业知识是纳米医学。

“由于我们的系统适用于稀土离子基于温度的光致发光寿命成像，我们相信所获得的数据可以帮助更早、更准确地检测癌细胞。这些细胞的新陈代谢会提高癌细胞的温度。周围的组织，”维特罗内说。

该创新系统还可用于以增强的安全级别存储信息，更具体地说，可以防止文档和数据被伪造。最后，在基础科学中，这些前所未有的结果将使科学家能够合成具有更有趣的光学特性的稀土纳米颗粒。