在這幅富有想象力的藝術作品中,一個摻雜鑭系元素的納米顆粒被描繪成一只蜘蛛,而它織出的網則由9-蒽甲酸構成——這是一種用于捕獲電荷載流子并高效“收集”難以捉摸的“暗”三重態分子激發態的有機天線。圖片來源:英國劍橋大學卡文迪許實驗室

英國劍橋大學卡文迪許實驗室開發出一種利用“分子天線”為絕緣納米顆粒供電的新技術,首次讓這類材料實現電致發光,并制成超純近紅外發光二極管,有助推動醫學診斷、光通信和傳感技術的革新。相關成果19日發表于《自然》雜志。

研究聚焦一種名為鑭系摻雜納米顆粒的材料。它們發出的光極為純凈穩定,尤其是在可穿透深層生物組織的第二近紅外波段,應用潛力巨大。但由于其電絕緣特性,長期無法作為電子器件材料使用。

此次研究的突破在于,團隊在納米顆粒表面接枝9-蒽甲酸有機分子,讓其充當微型“天線”。電荷不會直接進入納米顆粒,而是被這些分子捕獲并進入三重態能級,再以超過98%的效率將能量轉移給顆粒內部的鑭系離子,使其發光。

通過這一策略,團隊制備出可在約5伏低電壓下點亮的“LnLED”。其發出的近紅外光具有極窄譜線寬,純度遠高于量子點等現有技術。

在生物醫學成像和光通信中,越純凈、越精確的光越有優勢,LnLED可輕松實現這一點。新研究打開了廣泛的應用前景。憑借電驅動時仍能保持超純光輸出的能力,這些納米顆粒有望催生新一代醫療設備。例如用于深層組織成像,協助癌癥檢測、器官功能實時監測;或精準激活光敏藥物;在光通信領域,超窄光譜線寬有望實現更快、更清晰的數據傳輸,減少信號干擾;還可用于打造高靈敏度的化學或生物標志物探測設備。