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本文摘要：近日，澳大利亚麦考瑞大学的金大勇教授、陆怡青、北京大学席鹏教授（联合通讯作者）等人用高浓度稀土铥离子（Tm3+）掺入的上切换材料构建了超强辨别的光学，涉及成果“Amplifiedstimulatedemissioninupconversionnanoparticlesforsuper-resolutionnanoscopy”于2月22日公开发表在《大自然》期刊上（Nature,2017,DOI:10.1038/nature21366）。
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近日，澳大利亚麦考瑞大学的金大勇教授、陆怡青、北京大学席鹏教授（联合通讯作者）等人用高浓度稀土铥离子（Tm3+）掺入的上切换材料构建了超强辨别的光学，涉及成果“Amplifiedstimulatedemissioninupconversionnanoparticlesforsuper-resolutionnanoscopy”于2月22日公开发表在《大自然》期刊上（Nature,2017,DOI:10.1038/nature21366）。该研究通过低掺入稀土上切换纳米粒子（UCNPs），将传统超强辨别的透射减少了2-3个数量级，并说明了了由光子雪崩效应带给的受激电磁辐射强化机制。这一机制使得研究团队仅有用30mW的倒数激光，才可构建28nm的超强辨别，仅有为唤起波长的1/36。
由于波动散射的容许，光学显微镜的分辨率被约束在200nm以上，而细胞内的亚细胞器大小大约为1-50nm。超强辨别技术因其需要突破散射无限大，获取亚细胞器更加细致的信息而取得2014年诺贝尔奖。其中，受激电磁辐射光淬灭（STED）这一超强辨别技术需要获取较慢的超强分辨率光学而倍受生物学家注目。
但是，这一技术的一个弊端是，由于它必须在焦点附近构成“激光”来读取荧光，导致所必须的光功率过大，影响细胞的活性和生物特性。同时，高功率的激光器本身的成本和确保的复杂性沦为这一技术普及的壁垒。
为此，找寻优化的路径来减少光功率的市场需求，构建较低功率下的超强辨别，将不仅需要使其更佳地说明了活细胞的精细结构与功能，且需要让这一技术在更好实验室获得广泛应用。在该工作中，研究者使用了一种粒径仅有为40nm的稀土纳米粒子，利用其能级特性，通过中间能级淬灭构建了超低功率超强辨别。
传统的STED由于容许在荧光的两个能级上，因此必须的功率较强。而稀土纳米粒子具备十分非常丰富的中间能级，通过必要自由选择中间能级，可以超过“四两拨千斤”的效果，用极低功率才可诱导淬灭。同时，研究者找到，只有在低掺入纳米粒子上才不会反映这一效应，而较低掺入纳米粒子则无法有效地消光。
通过对掺入浓度和消光比的研究，科学家说明了了其中的光子雪崩效应。与共振能量传递比起，这一效应反映了更高的非线性。
利用30mW的较低功率在上切换纳米粒子上构建了28nm的光学分辨率作者回应，融合稀土上切换纳米粒子的荧光特性和中间能级受激电磁辐射淬灭的机理，他们在40nm和13nm的单颗粒样品上，皆构建了28nm的超高光学分辨率；同时，由于上切换纳米粒子使用将近红外光构建唤起，这一找到将有助其在深层的组织上构建三维超强辨别。
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