研究背景：

近红外光学成像（650-1700 nm）因其组织穿透深、生物相容性好，成为活体检测的重要技术手段。然而，传统荧光探针在成像时需要实时原位激发，这不仅会激发生物组织自身产生背景荧光干扰（降低信噪比），而且反复的光照还可能引起局部热效应和光毒性，存在生物安全隐患。

文章概述：

针对上述挑战，喀什大学/西北大学 阿不都卡德尔•阿不都克尤木教授团队设计并构建了一种由Ni²⁺掺杂的镓酸锌（ZnGa₂O₄:Ni²⁺）长余辉纳米粒子（PLNPs）与Yb³⁺/Mn²⁺共掺杂的四氟铒酸钠（NaErF₄:Yb³⁺,Mn²⁺）上转换纳米粒子（UCNPs）通过共价偶联形成的复合体系（PLNPs/UCNPs）。

图文摘要

图文导读：

该体系在980 nm近红外激光激发下，实现了两大突破性光学现象：

1. NIR-IIa (1290 nm) 长余辉发光：UCNPs将吸收的980 nm光子转换为668 nm红光发射，该红光恰好能被PLNPs吸收，通过高效的Förster共振能量转移（FRET）将能量储存于PLNPs陷阱中，激发停止后可持续释放产生1290 nm余辉。

2.NIR-IIb (1532 nm) 下转换发光增强：UCNPs自身的Er3+离子产生1532 nm发射，且在复合体系中因PLNPs基质抑制了非辐射弛豫而得到增强。

这一设计成功将传统PLNPs所需的紫外/可见光激发替换为组织穿透更深的980 nm近红外光，并实现了NIR-II区的双波段发射（1290 nm余辉光 + 1532 nm荧光）。体内成像实验表明，经980 nm预激发后，该探针可在无外部光源激发下对小鼠皮下组织进行长达10秒以上的高信噪比NIR-II成像。

图1.PLNPs/UCNPs纳米复合材料的形貌与结构表征。(a-c) TEM图像显示PLNPs（不规则球状）与UCNPs（规则四方晶形）成功偶联；(d-f) HRTEM图像确认了两者晶格条纹；(g) EDS元素分布图显示Zn、Ga、Ni与Na、Er、Yb、Mn在复合物中高度重叠，证明异质结构成功构建

图2.材料的组分与表面化学表征。(a) EDS能谱证实复合物中两相元素共存；(b) DLS粒径分析显示复合后水合粒径增大至123.8 nm；(c) XRD图谱确认复合物同时保留ZnGa₂O₄与NaErF4特征衍射峰；(d) FT-IR光谱证实PLNPs-COOH与UCNPs-NH₂通过酰胺键共价偶联

图3.单组分的发光性能优化与光谱匹配。(a-c) PLNPs的合成条件优化（pH、Ni²⁺掺杂浓度、煅烧温度）；(d-e) UCNPs的掺杂比例与激发功率优化；(f) PLNPs的激发-发射光谱（监测1290 nm发射）显示其650 nm处有明显激发峰，为后续能量转移奠定基础

图4. 能量转移机制与双波段发射表征。(a) UCNPs的668 nm上转换发射与PLNPs的650 nm激发峰高度重叠；(b) 复合后UCNPs的668 nm可见光发射强度下降，表明能量向PLNPs转移；(c) 复合物在980 nm激发下同时呈现1290 nm (Ni²⁺) 与1532 nm (Er³⁺) 双NIR-II发射；(e-f) 余辉衰减曲线显示，复合物中1290 nm寿命（1.01 s）较单一PLNPs（0.74 s）显著延长，证实能量持续补充

图5. 机理图与活体成像应用。(a) 能量传递机理：Yb³⁺吸收980 nm光子敏化Er³⁺，Er³⁺的668 nm红光通过FRET激发Ni²⁺产生1290 nm余辉，同时Er³⁺自身下转换产生1532 nm发射；(b-c) 经254 nm UV或980 nm激光预激发后，复合物粉末均可产生持续NIR-II余辉；(d-e) 活体成像显示，经980 nm激光预激发5分钟后，皮下注射复合物的小鼠可在无激发光源下清晰检测到NIR-II余辉信号

相关论文发表在Advanced Optical Materials上，喀什大学化学与环境科学学院硕士研究生郑亚琳为论文第一作者，阿不都卡德尔•阿不都克尤木教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、新疆天山英才项目、新疆维吾尔自治区自然科学基金以及新疆天山创新团队项目的支持。

论文信息：

NIR-II Afterglow from NIR-Excitable Nanocomposites for Deep-Tissue Bioimaging

Yalin Zheng, Lukman Kasim, Yunshuang Luo, Peng Yan, AikelaimuAihemaiti, Jiwei Shen, Abdukader Abdukayum*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202503758

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202503758

课题组介绍：

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/ABD

通讯作者介绍：

阿不都卡德尔•阿不都克尤木、二级教授、博士生导师，喀什大学化学与环境科学学院院长（西北大学化学与材料科学学院挂职副院长），新疆新型功能材料化学自治区重点实验室主任、新型功能材料化学新疆天山创新团队负责人。2014年在南开大学化学院获得博士学位（优秀博士毕业生）。主要围绕先进功能材料的设计、合成及其应用于生物医学、能源与环境等方面进行研究。入选自治区天山英才项目、自治区“万人计划”后备人选。主持国家自然科学基金、新疆自然科学杰出青年项目等项目，以第一或通讯作者在 J. Am. Chem. Soc. (ESI 高被引论文), Adv. Sci., Small, Anal. Chem., ACS Mater. Lett., J. Mater. Chem. A等期刊上发表论文50多篇，授权中国发明专利7件。荣获新疆“有突出贡献优秀专家” 、“新疆最美科技工作者”、“新疆青年科技奖”、“南开十杰”等荣誉称号。兼任新疆专家顾问团专家顾问，中国转化医学联盟理事、新疆化学会理事、中国化学会高级会员，并担任Advanced Powder Materials、IMed、ChemPhysMater、EcoEnergy等期刊的青年编委。

期刊简介：

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。