Current Research and Application Development of Single Upconverting Nanoparticles as Multiphoton Probes

LI Yazhen; WANG Xilong; TIAN Yue; WU Jianhong; TIAN Yanting; TIAN Bining

doi:10.37188/CJL.20230126

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Current Research and Application Development of Single Upconverting Nanoparticles as Multiphoton Probes

Luminescence Applications and Interdisciplinary Fields | 更新时间：2023-11-27

- Current Research and Application Development of Single Upconverting Nanoparticles as Multiphoton Probes
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 44, Issue 11, Pages: 2041-2056(2023)
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学物理学院，山西太原　030024
  2.太原理工大学材料科学与工程学院新型碳材料研究所, 山西太原　030024
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(62075152;12004274)
- DOI：10.37188/CJL.20230126
  CLC： O482.31
- Published：05 November 2023，
  
  Received：12 May 2023，
  
  Revised：27 May 2023，
- 稿件说明：
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李雅珍,王喜龙,田跃等.多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展[J].发光学报,2023,44(11):2041-2056.

LI Yazhen,WANG Xilong,TIAN Yue,et al.Current Research and Application Development of Single Upconverting Nanoparticles as Multiphoton Probes[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2041-2056.
李雅珍,王喜龙,田跃等.多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展[J].发光学报,2023,44(11):2041-2056. DOI： 10.37188/CJL.20230126.

LI Yazhen,WANG Xilong,TIAN Yue,et al.Current Research and Application Development of Single Upconverting Nanoparticles as Multiphoton Probes[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):2041-2056. DOI： 10.37188/CJL.20230126.

摘要

多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势，但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光，因而成为一种重要的多光子探针。随着成像技术的进步，对上转换纳米粒子的研究正在从聚集体形式向单颗粒水平发展。单颗粒研究上转换发光不仅有利于排除环境因素的干扰，并且呈现出一系列与聚集体研究不尽一致的理论成果。由于单颗粒研究平台更加接近于探针生物成像的工作环境，因此在这一水平下对上转换纳米粒子进行材料优化与物理机制分析更贴近实际应用。本文从多光子发光机制与材料出发，重点围绕着单颗粒水平下上转换纳米粒子近年来的研究成果与应用进展进行了综述，最后对其未来的研究方向进行了展望。

Abstract

Multiphoton imaging is an advanced imaging technique for its visible signal output with zero background. However， the required high pump threshold and poor photostability of traditional multiphoton probes hinder their biological applications. Rare earth doped upconverting nanoparticles become an important type of multiphoton probe because of the featured lower excitation density and better stability. Due to the development of imaging techniques， the study of ensemble upconverting nanoparticles is transiting toward singles. The study of single upconverting nanoparticles not only eliminates the interference of environmental factors， but also provides a bench of different theoretical conclusions against ensemble studies. Single particle imaging platform is more comparable with the practical biological imaging platform， thus designing more efficient upconverting nanoparticles and understanding physical mechanism at single particle level are readily for practical applications. Here， based on the multiphoton luminescent mechanism and materials， recent research achievements and application progress of single upconverting nanoparticles are reviewed. Finally， the future development and applications of single upconverting nanoparticles are prospected.

关键词

多光子探针上转换纳米粒子单颗粒成像生物应用

Keywords

multiphoton probeupconverting nanoparticlessingle-particle imagingbiological application

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