基于铒的水热YOF纳米温度计：用于活体NIR-II发光成像

Erbium-based hydrothermal YOF with stark sublevels for in vivo NIR II luminescence nanothermometer

Zhenghao Liu, Ziyue Ju, Hanyu Liu, Zhan Wang, and Ruichan Lv

Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 18, No. 03, 2441002 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545824410025

稀土发光材料因其在可见光和近红外区域的特性，在生物医学领域作为非接触式温度监测设备受到广泛关注。在应用层面，需要在近红外II区域具备一定的温度监测能力，以增强组织穿透深度。近期，《Journal of Innovative Optical Health Sciences》杂志上发表了一篇题为Erbium-based hydrothermal YOF with stark sublevels for in vivo NIR II luminescence nanothermometer的研究型论文，为这一领域带来了新的突破。该研究由西安电子科技大学的吕锐婵教授团队完成，他们通过共沉淀和水热法合成了两种YOF材料，并通过离子掺杂增强了发光性能，设计了一种基于铒的比率型纳米温度计，为活体温度监测提供了新的工具。

研究背景与挑战

温度测量在科学研究、工业生产和日常生活中都有广泛的应用。近年来，荧光纳米温度计的研究日益增多。与传统的温度监测设备（如热电偶和光纤）相比，荧光纳米温度计具有高空间分辨率、易于连续监测、高灵敏度和非接触监测等优点。特别是在新兴的生物医学光疗领域，迫切需要开发能够在生物透明窗口（NIR-I：650-1000 nm，NIR-II：1000-1700 nm）监测局部组织温度的荧光纳米温度计。

创新方法与实验

吕锐婵教授团队通过共沉淀和水热法合成了两种YOF材料，并通过离子掺杂增强了发光性能。他们设计了一种基于铒的比率型纳米温度计，利用4F9/2 → 4I15/2（672 nm，上转换发光）和4I13/2 → 4I15/2（1580 nm/1566 nm，NIR-II下转换发光）的Stark能级。当掺杂2%的Zn2+时，通过共沉淀法制备的YOF的相对温度灵敏度从0.30% °C−1（30°C）提高到0.59% °C−1（30°C），扩大了其作为温度监测设备的可能性。通过水热法制备的YOF的温度灵敏度为1.01% °C−1（30°C）。最终，利用制备的纳米温度计的NIR-II发光作为控制，对小鼠的加热部位进行温度监测。结果表明，它可以区分加热部位和对照部位，并且没有发现对组织有显著的毒性或损伤，显示出其在生物医学领域和其他温度监测场景中的广阔前景。

图. (A)水热YOF的热致发光能级示意图；(B)不同温度的YOF的光谱图；(C)在NIR小动物成像仪下观察到的NIR-II发光成像。

主要创新点

新型YOF纳米温度计的设计：通过共沉淀和水热法制备了两种YOF材料，并通过离子掺杂增强了发光性能。

温度传感性能的提升：通过掺杂2%的Zn2+，共沉淀法制备的YOF的相对温度灵敏度显著提高，水热法制备的YOF表现出更高的温度灵敏度（1.01% °C−1）。

活体温度监测的应用：利用NIR-II发光作为控制，成功区分了小鼠加热部位和对照部位，显示出良好的生物相容性和组织安全性。

应用前景

这项研究开发的基于铒的YOF纳米温度计为生物医学光子学领域提供了一种新的工具，特别是在活体温度监测方面具有广阔的应用前景。这种纳米温度计不仅能够提供高灵敏度的温度监测，还具有良好的生物相容性和组织安全性，为未来的生物医学研究和临床应用提供了新的可能性。

结语

这项研究不仅在YOF材料的制备和温度传感性能方面取得了重要进展，还为活体温度监测技术的发展提供了新的思路和方法。通过共沉淀和水热法合成的YOF材料展现出优异的温度传感性能，为未来的生物医学应用奠定了坚实的基础。我们期待这一技术能够在更多领域得到应用，为生物医学研究带来更多的突破。

通讯作者简介

吕锐婵，西安电子科技大学机电工程学院/高性能电子装备机电集成全国重点实验室教授，长期致力于光电材料器件的集成制造及智能医学影像、工业检测应用等研究。

更多详情见https://web.xidian.edu.cn/rclv/index.html