다광자 이미징은 제로 배경에서 가시광 신호 출력을 가지는 장점이 있지만, 기존 다광자 프로브의 높은 여기 영역 임계값과 낮은 광안정성 문제로 인해 생물학적 응용에 제한이 있다. 희토류 기반의 무기 상향변환 나노입자는 상대적으로 낮은 여기 광 세기에서 안정적인 상향변환 발광을 실현할 수 있어 중요한 다광자 프로브가 되고 있다. 이미징 기술의 발전과 함께 상향변환 나노입자 연구는 집합체 형태에서 단일 입자 수준으로 발전하고 있다. 단일 입자 수준에서의 상향변환 발광 연구는 환경 요인의 간섭을 배제하는 데 유리할 뿐 아니라 집합체 연구와는 다른 일련의 이론적 결과를 보여준다. 단일 입자 연구 플랫폼이 프로브 생물 이미징 작업 환경에 더 가까워 상향변환 나노입자의 재료 최적화 및 물리적 메커니즘 분석이 실제 응용에 더 가깝다. 본 논문은 다광자 발광 메커니즘과 재료를 출발점으로 최근 단일 입자 수준에서 상향변환 나노입자 연구 성과와 응용 진전을 중점적으로 리뷰하고, 마지막으로 향후 연구 방향을 전망한다.

다광자 프로브; 상향변환 나노입자; 단일 입자 이미징; 생물학적 응용