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纳米技术在医学方面具有巨大的潜力，在进行成像，诊断和药物输送方面具有几十纳米的颗粒。理想的候选材料是掺杂有镧系元素的晶体，镧系元素是十五种元素稀土金属之一，具有低毒性，并且至关重要的是，可以执行称为光子上转换的纯光学技巧。
镧系元素具有长的发光寿命，这意味着在暴露于光之后，它们通过长时间的光发射而松弛。在金属吸收低能量近红外光之后，发射出更高能量的可见光。然而，由于其结构中的阶梯状排列能级，仅有三种镧系元素离子Er3 +，Tm3 +和Ho3 +适合于这种光子上转换。
现在，新加坡国立大学的化学家Feng Wang和Xiaogang Liu以及中国和沙特阿拉伯的同事们对纳米粒子进行了一次新颖的设计，证明了几种镧系元素掺杂纳米粒子的上转换，覆盖了大部分可见光范围，而不是以前工作的狭窄范围。
当他们将镧系元素钆的离子亚晶格结合到纳米颗粒结构的核心中时，取得了突破。这消除了由两种或更多种相邻镧系元素掺杂离子的不同能态之间的不希望的能量转移引起的有害影响，这抑制了所需的发光。这使研究人员能够微调发出的光。
沙特阿拉伯Thuwal的阿卜杜拉国王科技大学的团队成员Yu Han和Qingxiao Wang使用扫描透射电子显微镜对原子分辨率的纳米晶体成像，这有助于阐明能量如何在晶格中占据的钆原子之间迁移。
“通过调节相对发射强度进行上转换调整已得到充分研究，但我们的核壳设计和使用钆进行能量迁移可以调节发射波长，”Liu说。“通过使用这些纳米粒子，预计会进行高灵敏度多重分析。”
刘和他的同事已经通过美国专利局提交了他们的工作专利，他们声称这将开启一种能够调整光子发射的新型发光材料。这种技术还可以通过提高对近红外光的灵敏度来提高太阳能电池和光学数据存储的性能。
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