能级强关联结构与宽能域激发协同调控的高效光子上转换新机制

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AI项目解读

基本信息

项目摘要

Aiming at the problems that rare earth ions (RE3+:(Er3+, Tm3+, Ho3+,Nd3+ etc. ) are of narrow excitation band,parity-of forbidden transitions within 4f n configuration, strong electron-phonon coupling (EPC), and difficult to photonic field electric polarization (PEP), concentration quenching and cross relaxation etc., which seriously restrict the efficiency of upconversion luminescence (UCL) of nanomaterials codoped with RE3+, we are going to adopt a novel strategy that the multiple pathways, to reduce parity-symmetry of RE3+ in nanoparticlas with single RE3+, to enhance correlation of energy levels of RE3+, to broaden excitation energy domain, to enhance the PEP and to control EPC, etc., are combined with constructing novel UCL nanomaterials with multi-sell/core nanostructure (SCNs) of NaEr(or Tm3+)F4 core@NaY(or Lu, or Gd)F4 shell@TiO2:Er3+(or Tm3+) shell@TiO2 shell, which is composed of a highly dielectric constant shell layer ,a lattice transition layer, and a NaErF4 core with low parity symmetry via lightly codoping of Li+ and K+ for enhancing efficiency of UCL. The research contents include: nanostructure particals with level strong correlation of Er3+(or Tm3+) to broad the red light excitation energy domain from 600 to 1700nm (multiple wavelengths), effects of regulation and controlling of structure of multi-functional shells consisting of a TiO2 semiconductor shell layer doped with heavy Er3+(or Tm3+), effects of cooperative modulation between excitation of near infrared multiple wavelengths with selective excitation and the SCNs structure on modulation of PEP and EPC in SCNs. Adopting a new strategy for cooperative regulation of functional nanostructures and wide energy range excitation combined with selective wavelength. Two key questions are expected to be answered with this project, i.e. the relationship between SCNs structure and strong correlation among RE3+ levels, and the dependence of the modulation of the cooperative co-excitation of the near infrared excitation of broad energy field and selected excitation on PEP and EPC in SCNs, to develop a highly efficient UCL nanomaterial with novel SCNs by adopting an innovative manipulating strategy of the nanostructure modulation and adaptive co-excitation of excitation and selected excitation in broad energy field for breaking through the scientific bottleneck of restricting UCL efficiency to develope a novel highly efficient UCL nanomaterial.
针对浓度猝灭和交叉弛豫、稀土离子(RE3+)激发带窄、4fn组态宇称禁戒跃迁、电极化(PEP)难、电-声耦合(EPC)强等制约RE3+上转换发光(UCL)效率问题,本项目提出降低RE3+宇称、加强能级间关联、扩宽激发能域、加强PEP和调控EPC多重策略相结合,构建Er3+(或Tm3+)低宇称核@同质壳@TiO2:Er3+@TiO2壳UCL纳米粒子(SCNs)。研究Er3+(或Tm3+)能级强关联核结构与宽能域多带激发的关系;TiO2多界面场和同质隔离壳层结构调控PEP强度和EPC;SCNs结构调控与宽能域激发和选择激发协同调控与PEP和EPC关系。采用纳米结构调控与宽能域多带激发协同调控方法,重点解决SCNs结构与Er3+(或Tm3+)间能级关联性关系,认识和理解能级强关联的SCNs纳米结构与抑制浓度猝灭、增强交叉弛豫、调控PEP和EPC关系两个关键科学问题,突破制约UCL效率的科学瓶颈。

结项摘要

稀土发光纳米材料在多领域具有广泛应用。然而,稀土离子浓度发光猝灭和交叉弛豫、离子激发带窄、电极化难、高浓度离子发光机理不清等问题制约了稀土离子上/下转换发光效率。此外,尽管有大量的稀土离子上/转换发光的生物医学应用,但是其在医学应用中光暗毒性和近红外成像波长无法突破1530nm等限制其成像清晰度和分辨率等性能提高。. 为解决上述问题,开了如下内容研究:. 1)设计和构建准100%Er3+(或Tm3+)核/ NaY(Lu和Gd)F4壳纳米粒子(MSNP)及其发光研究。. 2)MSNP结构调控与宽能域激发和选择激发调控及其发光机理研究。. 3)项目研究结果在肿瘤诊治及其近红外II-III区成像及其痕量水分子检测中的创新应用研究。. 4)新型近红外纳米光敏材料拓展及其应用研究。. 研究取得了如下重要结果:. 1) 应用100%Er3+(或Tm3+)基材料加强了离子能级强关联性,解决了离子吸收带窄、光场难极化等问题,通过结构和选择激发调控,建立了等能传递主导的物理模型,实现了上/下转换高效率。 . 2) 将结构和选择激发调控与温度调控相结合,应用理论模拟和光谱阐述了高Er3+体系交叉弛豫(CR)机制,实现了100%Er3+(或Tm3+)单一体系更高UCL效率;通过温控抑制多声子协助CR,550nm的上转换强度增强2000倍。. 3)发展了肿瘤pH敏感分子开关层包覆上转换和光敏剂复合球方法,解决了其治疗产生光暗毒性难题。. 4)将Er3+能级强关联与Tm3+能量调控相结合,提高了1530nm荧光效率、成像更清晰;首次突破目前近红外II区1600nm成像波长局限,实现了1800 nm近红外荧光成像探针。. 5)项目执行期间,发表SCI论文12篇,其中,影响因子大于10文章5篇。此外,一篇已被Nature Comms正式接收,另一篇JACS正在修改中。获吉林省自然科学二等奖1项,5项发明专利正在申请中(见附件专利申请通知书)。培养毕业1名博士,4名在读博士研究生。. 上述结果对稀土发光纳米探针在多领域应用起到了促进和引领作用。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Interfacial Stress-Modulated Mechanosensitive Upconversion Luminescence of NaErF4 Based Heteroepitaxial Core–Shell Nanoparticles
NaErF4 基异质外延核壳纳米粒子的界面应力调制机械敏感上转换发光
  • DOI:
    10.1002/adom.202101702
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Adv. Optical Mater.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Haoqiang Bao;Wang Wang;Xu Li;Xiaomin Liu;Ling Zhang;Xu Yan;Yinghui Wang;Chenguang Wang;Xiaoteng Jia;Peng Sun;Xianggui Kong;Hong Zhang;Geyu Lu
  • 通讯作者:
    Geyu Lu
Significant Enhancement of the Upconversion Emission in Highly Er(3+) -Doped Nanoparticles at Cryogenic Temperatures.
高浓度 Er3 掺杂纳米粒子在低温下的上转换发射显着增强
  • DOI:
    10.1002/anie.202217100
  • 发表时间:
    2023-02-06
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Tu, Langping;Wu, Kefan;Luo, Yongshi;Wang, Enhui;Yuan, Jun;Zuo, Jing;Zhou, Ding;Li, Bin;Zhou, Jiajia;Jin, Dayong;Zhang, Hong
  • 通讯作者:
    Zhang, Hong
Polyphotosensitizer nanogels for GSH-responsive histone deacetylase inhibitors delivery and enhanced cancer photodynamic therapy
用于 GSH 响应组蛋白脱乙酰酶抑制剂递送和增强癌症光动力治疗的多光敏剂纳米凝胶
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2019.110753
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Liu, Nian;Liu, Hongsen;Chang, Yulei
  • 通讯作者:
    Chang, Yulei
Modulation of the Tumor Immune Microenvironment by Bi2Te3-Au/Pd-Based Theranostic Nanocatalysts Enables Efficient Cancer Therapy
基于 Bi2Te3-Au/Pd 的治疗诊断纳米催化剂调节肿瘤免疫微环境,实现有效的癌症治疗
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Adv. Healthcare Mater.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fengxia Wu;Haoran Chen;Ruiqi Liu;Yongkuan Suo;Qiqing Li;Youlin Zhang;Hongguang Liu;Zhen Cheng;Yulei Chang
  • 通讯作者:
    Yulei Chang
An active-passive strategy for enhanced synergistic photothermal-ferroptosis therapy in the NIR-I/II biowindows
NIR-I/II 生物窗口中增强协同光热铁死亡治疗的主动-被动策略
  • DOI:
    10.1039/d1bm01908b
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Biomaterials Science
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Fengxia Wu;Haoran Chen;Ruiqi Liu;Yongkuan Suo;Qiqing Li;Youlin Zhang;Hongguang Liu;Zhen Cheng;Yulei Chang
  • 通讯作者:
    Yulei Chang

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其他文献

水滑石纳米材料特性及其在电化学生物传感器方面的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孔祥贵;岳钊;牛文成;刘国华
  • 通讯作者:
    刘国华
染料敏化增强Ho~(3+)单带上转换红光(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王丹;薛彬;涂浪平;张友林;宋军;屈军乐;孔祥贵
  • 通讯作者:
    孔祥贵
空穴传输材料对CdSe核壳量子点的荧光影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Spectroscopy and Spectral Analysis
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    曲玉秋;曾庆辉;孙雅娟;景鹏涛;孔祥贵;张友林;张庆彬
  • 通讯作者:
    张庆彬
离子液体合成方法中氟离子浓度对NaYF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)形貌、晶相及发光性质的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘甲;单含;刘晓敏;孔祥贵
  • 通讯作者:
    孔祥贵
疏水上转换纳米晶的均相体系聚合物包覆 及在发光检测中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高 等 学 校 化 学 学 报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张庆彬;孔祥贵;程成
  • 通讯作者:
    程成

其他文献

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AI技术路线图

孔祥贵的其他基金

上转换发光生物探针基光纤传感器在体动态血液检测的关键科学问题研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
"三明治"新结构近红外上转换近紫外光纳米粒子构建及其癌症诊断和可视化治疗方法研究
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    61275202
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    90.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
椭球金属纳米阵列喇曼光纤在癌症早期在体无标记检测中的应用
  • 批准号:
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  • 项目类别:
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发光量子点与抗体分子的“柔性”偶联及其相关的科学基础问题研究
  • 批准号:
    60771051
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    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    10674132
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    2006
  • 资助金额:
    52.0 万元
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    面上项目
共轭聚合物低维异质结构中量子限制下的激子相干研究
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  • 批准年份:
    1999
  • 资助金额:
    14.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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