上转换,连发4篇顶刊!
奇物论 2021-06-10
1. AFM:用于 3D 光遗传学的光子上转换水凝胶

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由于可见光穿透激发光化学过程的物理限制,在三维空间中光学诱导生物反应的能力已经相形见绌。然而,许多生物系统对低能光是相对透明的,低能光不能提供足够的能量诱导三维光化学。为了克服这一挑战,哥伦比亚大学Luis M. Campos等人开发了能够在细胞负载的三维支架内将红光或近红外(NIR)光转换为蓝光的水凝胶。
 

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本文要点:
1上转换光可以激发细胞中具有光学活性的蛋白质,从而触发光化学反应。水凝胶通过三重态-三重态湮灭上转换作用作为原理证明,发现水凝胶通过对已被设计为表达蓝光敏感蛋白Cry2olig 的 HeLa 细胞进行红色/近红外照射来触发光遗传学反应。
 

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2在三维近红外辐射下,光诱导Cry2olig的聚集是非常显著的,同时也证明了水凝胶是如何在单个细胞内以高度特异性和时空控制触发聚集的。原则上,这些水凝胶可以在三维支架内对细胞功能进行光化学控制,这将导致大量的基础研究和生物化学应用。
 

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参考文献:
Meir,R., et al., Photon Upconversion Hydrogels for 3D Optogenetics. Adv. Funct.Mater. 2021, 2010907.
https://doi.org/10.1002/adfm.202010907

2. AM:上转换纳米粒子中的异色非线性光学响应用于超分辨率纳米显微镜


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点扩展函数(PSF)是通过发射极的响应来实现的,它可以将图像的更高空间频率信息编码到显微镜中,以达到超分辨率的目的。然而,需要复杂的激发光学或重复扫描,这就解释了目前激光扫描显微术存在的速度慢、稳定性差、操作复杂等问题。于此,澳大利亚悉尼科技大学金大勇、Fan Wang等人报道了上转换纳米颗粒(UCNPs)在超分辨纳米成像中的不同发射响应,以提高成像质量和速度。

 

本文要点:

1该方法只需在适当的功率密度下扫描一束环形激励光束。通过采集单个UCNP的四光子发射,可以通过圆环发射PSF来解析超分辨率图像的高频信息。

2同时,同一纳米颗粒的双光子态被过饱和,使得类高斯发射PSF可以同时采集到超分辨率图像的互补低频信息。这导致了一种傅里叶域异色融合方法,它允许扩展工程PSF的能力,以覆盖低频和高频信息,从而产生优化的图像质量。该方法的空间分辨率为40nm,为激发波长的1/24。这项工作为发展超分辨纳米技术中的非线性多色发射探针提供了一个新的领域。

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参考文献:

Chen,C., Liu, B., Liu, Y., Liao, J., Shan, X., Wang, F., Jin, D., HeterochromaticNonlinear Optical Responses in Upconversion Nanoparticles for Super-ResolutionNanoscopy. Adv. Mater. 2021, 33, 2008847.

https://doi.org/10.1002/adma.202008847


3. Angew:小平面选择性引导的二维金属有机框架纳米片纳米结构组装策略

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在生命系统中,面选择性纳米结构通常表现出优异的光学和酶性质,在光子学、物质交换和生物催化等生物功能中发挥着重要作用。小平面选择性纳米结构的仿生构建为复杂的纳米材料提供了广阔的应用前景,但仍然是一项艰巨的任务。有鉴于此,武汉大学的袁荃等研究人员,报道了小平面选择性引导的二维金属有机框架纳米片纳米结构组装策略。

 

本文要点

1研究人员提出了一种大分子介导的具有平面选择性的上转换纳米颗粒/二维金属有机框架(UCNPs/2DMOFs)异质结构的组装策略。

2实验和理论结果均表明,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)可以作为界面选择介质,进一步促进MOFs在UCNPs表面的小平面选择性组装。

3具有平面选择性的UCNPs/2DMOFs纳米结构显示出独特的光学特性,在复用编码和防伪方面显示出巨大的优势。

本文研究对UCNPs/2DMOFs的研究为控制制备平面选择性纳米结构提供了一个生动的例子,可以促进先进功能材料在生物传感、能量转换和信息保障等方面的应用。

 

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参考文献:

Zhihao Li, et al. Facet Selectivity Guided Assembly of Nanoarchitectures onto Two-Dimensional Metal-Organic-Framework Nanosheets. Angewandte Chemie, 2021.

DOI:10.1002/anie.202103486

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103486


4. Nano Letters:持久发光纳米晶的控制生长方法

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可持久发光的纳米粒子(PLNPs)是一种新兴的光子纳米材料,在激发停止后具有独特的持久发光特性。它们可以在体外和体内反复充电,在许多领域和应用中有很大的前景。不幸的是,现有的合成方法都不能控制它们的组成来生长具有理想形状和增强功能的核壳结构PLNPs。

近日,美国马萨诸塞大学医学院Gang Han,Yang Li,Zhanjun Li报道了通过使用简单的三氟乙酸热分解方法,首次成功地实现了核壳多相PLNPs的胶体合成。

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文章要点
1这些核壳结构的混合胶体PLNPs具有高度通用和可调的壳结构和组成。通过使用NayF4钝化,研究人员发现在光和X射线激发下,与CaF2:Dy的核相比,CaF2:Dy@NayF4 PLNPs的核-壳具有显著增强的PersL。

2此外,通过掺杂上转换活性Yb3+和Er3+/Tm3+镧系离子,实现了PersL/UCL双光学功能。通过系统地调节壳前驱体的一系列组成参数,这些核壳型PLNPs的形状/形态也发生了变化。

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研究工作为PLNP的开发提供了一个新的和坚实的基础,并有望为许多PLNP应用铺平一条新的道路,这些应用受到了现有合成方法的限制。
 
参考文献
Kai Huang, et al, Three-Dimensional Colloidal Controlled Growth of Core−Shell Heterostructured Persistent Luminescence Nanocrystals, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04940
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04940



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