多光子イメージングはゼロバックグラウンドで可視光信号を出力する利点があるが、従来の多光子プローブは励起領域の閾値が高く、光安定性が低いという問題があり、生物応用に制限がある。希土類を基盤とした無機アップコンバージョンナノ粒子は、比較的低い励起光強度で安定したアップコンバージョン発光を実現できるため、重要な多光子プローブとなっている。イメージング技術の進展に伴い、アップコンバージョンナノ粒子の研究は集団形態から単一粒子レベルへと進展している。単一粒子レベルでのアップコンバージョン発光の研究は、環境要因の影響を排除するだけでなく、集団研究とは異なる一連の理論成果を示している。単一粒子研究プラットフォームはプローブ生物イメージングの作業環境により近いため、このレベルでの材料最適化と物理的メカニズム解析は実際の応用により適している。本稿では多光子発光メカニズムと材料に着目し、近年の単一粒子レベルでのアップコンバージョンナノ粒子の研究成果と応用の進展を概説し、最後に今後の研究方向を展望する。

多光子プローブ;アップコンバージョンナノ粒子;単一粒子イメージング;生物応用