英国剑桥大学卡文迪许实验室开发出一种利用“分子天线”为绝缘纳米颗粒供电的新技术，首次让这类材料实现电致发光，并制成超纯近红外发光二极管，有助推动医学诊断、光通信和传感技术的革新。相关成果19日发表于《自然》杂志。
研究聚焦一种名为镧系掺杂纳米颗粒的材料。它们发出的光极为纯净稳定，尤其是在可穿透深层生物组织的第二近红外波段，应用潜力巨大。但由于其电绝缘特性，长期无法作为电子器件材料使用。
在这幅富有想象力的艺术作品中，一个掺杂镧系元素的纳米颗粒被描绘成一只蜘蛛，而它织出的网则由9-蒽甲酸构成——这是一种用于捕获电荷载流子并高效“收集”难以捉摸的“暗”三重态分子激发态的有机天线。图片来源：英国剑桥大学卡文迪许实验室
此次研究的突破在于，团队在纳米颗粒表面接枝9-蒽甲酸有机分子，让其充当微型“天线”。电荷不会直接进入纳米颗粒，而是被这些分子捕获并进入三重态能级，再以超过98%的效率将能量转移给颗粒内部的镧系离子，使其发光。
通过这一策略，团队制备出可在约5伏低电压下点亮的“LnLED”。其发出的近红外光具有极窄谱线宽，纯度远高于量子点等现有技术。
在生物医学成像和光通信中，越纯净、越精确的光越有优势，LnLED可轻松实现这一点。新研究打开了广泛的应用前景。凭借电驱动时仍能保持超纯光输出的能力，这些纳米颗粒有望催生新一代医疗设备。例如用于深层组织成像，协助癌症检测、器官功能实时监测；或精准激活光敏药物；在光通信领域，超窄光谱线宽有望实现更快、更清晰的数据传输，减少信号干扰；还可用于打造高灵敏度的化学或生物标志物探测设备。
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