热点应用丨自动化高通量上转换纳米颗粒光谱与寿命表征

上转换纳米颗粒（UCNPs）是一类无机晶体纳米结构，具有光子上转换特性，即吸收多个长波长光子后发射出一个短波长光子。它们通常由掺杂稀土离子的基质（如NaYF?）组成，在近红外（NIR）激发下发射可见光。这一特性可用于生物成像、传感和治疗等多种应用。近红外激发在生物成像中尤其有用，因为它能减少组织自发荧光，提高对比度。结合高光稳定性、长发射寿命和窄发射带等优点，UCNPs有望成为下一代成像探针材料。

UCNPs的设计可根据需要定制，以实现特定的光物理性质。通过合成可改变其尺寸、形貌和组成，从而获得不同的发射光谱、上转换量子产率以及与生物分子的相互作用。实际上，由于在合成和表征之前难以预测新型UCNPs的详细性质，这一潜力尚未得到充分挖掘。

高通量合成方法（例如配备自动进样器的微波反应器）每天可制备超过100种不同样品，从而提高了为特定应用寻找最佳UCNP组成的机会。这种方法需要对其光致发光性质（包括上转换发射光谱、强度和时间分辨发光）进行高通量分析。这类分析可在具有光谱和时间分辨上转换能力的荧光光谱仪中完成。

本应用说明展示了FS5 v2荧光光谱仪在配备微孔板阅读器模块中进行的自动光谱和时间分辨上转换测量。加速了对UCNPs组成的高通量分析，以满足特定的功能需求。

图1. FS5 v2荧光光谱仪

将溶液置于石英比色皿中，在标准比色皿支架中进行测量，或移液至96孔微孔板（黑色、聚苯乙烯、不透明底）中，以便在微孔板阅读器模块中进行测量。对于微孔板阅读器测量，按照图2所示的布局，向每个孔中移入200 μL样品溶液。在激发光路中放置一个长通滤光片，以滤除激光器中不需要的发射波段，并在发射光路中放置一个950 nm短通滤光片，以滤除散射的980 nm光。

图2. 微孔板阅读器布局图，展示了每个孔中移入的溶液及混合液

图3. 在比色皿中测量的上转换光致发光（PL）光谱。（a）样品A和（b）样品B在不同激发功率下的比色皿测量结果。激发波长 = 980 nm，发射带宽 = 1 nm，步长 = 1 nm，每步停留时间 = 0.1 s。（a）和（b）中的插图分别显示了375–775 nm和325–850 nm范围内的光谱放大图。

图4. 在微孔板阅读器中测量的上转换光谱。样品A按1:2、1:10和1:20稀释（D6、E6、F6孔），样品B按1:2、1:10和1:20稀释（D7、E7、F7孔）。激发波长 = 980 nm，激发功率 = 1.6 W，发射带宽 = 5 nm，步长 = 2 nm，每步停留时间 = 0.5s。

图5. 在微孔板阅读器中测量的样品A和B混合物（D8、D9、D10孔）的上转换光谱。激发波长 = 980 nm，激发功率 = 1.6 W，发射带宽 = 5 nm，步长 = 2 nm，每步停留时间 = 1s。插图为500–600 nm之间的光谱放大图。

图6. 上转换衰减曲线及指数尾拟合结果。（a）样品A按1:2、1:10和1:20稀释（D6、E6、F6孔）在665 nm处的结果；（b）样品B按1:2、1:10和1:20稀释（D7、E7、F7孔）在790 nm处的结果。激发波长 = 980 nm，发射带宽 = 10 nm，每孔采集时间 = 2min。拟合结果已在图中标明。