中国科学院海西研究院材料工程研究所陈学元

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陈学元，男，籍贯福建建瓯，研究员，博士生导师。1993年毕业于中国科技大学材料科学与工程系，1998年获中科院福建物质结构研究所物理化学专业理学博士学位。2001-2005年在美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）化学部从事博士后研究。2005年入选中国科学院"百人计划"回国工作。2013年获得国家杰出青年科学基金。入选国务院政府特殊津贴专家（2014），首批福建省科技创新领军人才（2014），科技部中青年科技创新领军人才（2014），国家“万人计划”科技创新领军人才（2016），福建省第五批引进高层次创业创新人才（2017）。近年来致力于发光材料电子结构与性能研究，在无机发光材料控制合成、电子结构、光学性能及应用取得重要进展，已在Nature Photonics, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等刊物发表SCI论文140多篇，被他人引用六千多次，15篇论文入选近十年化学、材料和物理领域ESI高被引频次论文（top 1%）；出版《稀土纳米发光材料：从基础到生物应用》等Springer英文专著2部，专章6篇；申请国内外发明专利34项（授权19项）。系列研究成果分别入选年度 “中国光学重要成果” （2010，2011，2013，2014，2016）和 “中国稀土十大科技新闻”（2011，2014，2015，2016）。

陈学元

教育背景
1993-09--1998-07   中国科学院福建物质结构研究所   理学博士
1988-09--1993-07   中国科学技术大学   理学学士
工作简历
2005-02~现在, 中国科学院福建物质结构研究所, 中国科学院百人计划研究员
2001-08~2005-02,美国Argonne国家实验室, 博士后研究助理
1998-07~2001-08,中国科学院福建物质结构研究所, 助理研究员/副研究员



团队主页：http://fjirsm.cas.cn/xchen
ResearcherID: http://www.researcherid.com/rid/C-5613-2012

任职
曾任第十八届国际固体激发态动力学会议（DPC’13）组委会主席，Journal of Luminescence (DPC’13专辑) Guest Editor，目前担任中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室主任、中科院海西研究院材料工程研究所副所长、固态光谱学和光物理国际研究中心主任，上海科技大学特聘教授，香港教育大学荣誉教授，Journal of Luminescence和Reviews in Nanoscience and Nanotechnology期刊副主编，Nano Research和Science China Materials编委，中国青年科技工作者协会材料科学专业委员会委员，中国稀土学会发光专业委员会委员，中国微米纳米技术学会第三届理事会理事，全国掺杂纳米材料发光性质、国际稀土开发与应用、全国稀土发光材料等学术会议的学术委员会委员，以及中国物理学会、OSA、ACS、RSC、NPG、IOP、Elsevier、Wiley-VCH、Springer、IEEE、AIP等110多种SCI国际刊物审稿专家。获第十届福建青年科技奖（2009），中科院上海分院第二届杰出青年科技创新人才奖（2010），第十七届运盛青年科技奖（2010），卢嘉锡优秀导师奖（2012），福建省自然科学优秀学术论文一等奖（2012，2014），中国科学院朱李月华优秀教师奖（2016）。

主要学术贡献：
　　陈学元研究小组一直致力于无机发光材料电子结构与性能研究，近五年来在稀土发光材料的控制合成、电子结构、光学性能及生物应用等方面取得了系列重要成果：
　　1）发光材料的电子结构和激发态动力学：实现稀土离子在宽禁带半导体纳米晶的体相掺杂和强荧光发射，TiO2:Er3+纳米晶的光谱性能和局域结构的研究结果 (Small 2011, 7, 3046) 入选 “2011中国光学重要成果”。以稀土离子为结构探针，通过低温高分辨荧光光谱揭示在稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象 (Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1128; 2015, 54, 1077) （化学领域ESI高被引频次论文）。
　　2）发光材料的光学性能：利用核壳结构实现Eu3+在水溶性NaGdF4纳米晶的上转换和下转换双模荧光 (Adv. Mater. 2010, 22, 3266)，论文入选 “2010中国光学重要成果” 和材料领域ESI高被引频次论文；利用中红外飞秒激光激发，在π共轭分子发光材料IPPS中实现五光子泵浦上转换受激发射，同时获净转换效率高达10.4%的三光子泵浦上转换受激发射 (Nature Photonics 2013, 7, 234，入选 “2013中国光学重要成果”) ；通过金属-有机框架(MOF)孔道中有序组装有机染料，在单根MOF微晶中首次实现高偏振度三光子上转换受激发射(Nature Commun. 2016, 7, 11087，入选 “2016中国光学重要成果”)；突破常温离子交换湿化学法制备高量子产率非稀土红色荧光粉技术，实现高显指低色温暖白光LED高光效输出(Nature Commun., 2014, 5, 4312，入选 “2014中国光学重要成果”和材料领域ESI高被引频次论文)。
　　3）发光材料的生物应用探索：研制基于稀土氟化物和氧化物纳米探针的新一代荧光生物标记材料，并成功用于生物分子尤其是肿瘤标志物的异相和均相检测 (Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6306; 2013, 52, 6671; 2014, 53, 1252)，其中超小ZrO2基稀土荧光生物探针的研制(JACS 2012, 134, 15083)被美国C&EN和JACS Spotlights专栏评述。发展了基于KGdF4:Ln3+纳米探针的光/磁双模生物标记方法，实现TR-FRET生物检测和MRI成像(JACS 2012, 134, 1323)。建立基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析方法（DELBA），该方法比目前最灵敏的商用镧系解离增强荧光免疫分析（DELFIA）试剂盒灵敏度提高了近3个数量级(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498)，并入选“2014年中国稀土十大科技新闻”。基于DELBA新型试剂盒已实现对人血清肿瘤标志物CEA、PSA和AFP的高灵敏特异性检测（Chem. Sci. 2016, 7, 2572；2016, 7, 5013，入选“2016年中国稀土十大科技新闻”）。9篇论文入选化学领域ESI高被引频次论文。
　　4）发光材料的先进测试平台研制：设计研制低温高分辨激光光谱仪和上转换量子产率测试仪等，自主研制了综合指标国际领先的光化学与光物理测试研究平台，发现许多新颖的光学性能；依托该平台与国内外伙伴小组合作，取得许多高水平成果，并发表在Science和Nature Mater等顶级期刊。
　　近五年来陈学元作为通讯作者已在Nature Photonics、Nature Commun.、JACS等发表SCI论文51篇，其中SCI大类一区论文31篇，影响因子>10论文16篇，封面/封底/卷首彩页论文13篇（1篇Chem. Soc. Rev.封面，1篇Angew. Chem. Int. Ed.热点论文/卷首彩页，4篇Nanoscale）。论文近五年他引5100多次，其中11篇入选近十年化学、材料、物理领域ESI高被引频次（top 1%）论文。出版《稀土纳米发光材料：从基础到生物应用》Springer专著1部，专章3篇。申请国内外发明专利33项（授权18项）。

　　代表作：
　　 1. Xueyuan Chen, Yongsheng Liu, and Datao Tu, Lanthanide-Doped Luminescent Nanomaterials: From Fundamentals to Bioapplications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014, ISBN: 978-3-642-40364-4 (eBook).
　　 2. Yongsheng Liu, Shanyong Zhou, Zhu Zhuo, Renfu Li, Zhuo Chen, Maochun Hong*, and Xueyuan Chen*, “In-Vitro Upconverting/Downshifting Luminescent Detection of Tumor Markers Based on Eu3+-Activated Core-Shell-Shell Lanthanide Nanoprobes”, Chem. Sci. 2016, 7, 5013-5019. (入选2016年中国稀土十大科技新闻；Highlighted in: Science Foundation in China 2016, 24(4), 6; 《中国科学报》2016-08-30 第4版)
　　 3. Huajun He#, En Ma#, Yuanjing Cui#, Jiancan Yu, Yu Yang, Tao Song, Chuan-De Wu, Xueyuan Chen*, Banglin Chen*, and Guodong Qian*, “Polarized three-photon-pumped laser in a single MOF microcrystal”, Nat. Commun. 2016, 7, 11087. DOI: 10.1038/NCOMMS11087. (入选2016中国光学重要成果)
　　 4. Jin Xu, Shanyong Zhou, Datao Tu, Wei Zheng, Ping Huang, Renfu Li, Zhuo Chen, Mingdong Huang, and Xueyuan Chen*, “Sub-5 nm Lanthanide-Doped Lutetium Oxyfluoride Nanoprobes for Ultrasensitive Detection of Prostate Specific Antigen”, Chem. Sci. 2016, 7, 2572-2578.
　　 5. Shan Lu, Datao Tu, Ping Hu, Jin Xu, Renfu Li, Meng Wang, Zhuo Chen, Mingdong Huang, and Xueyuan Chen*, “Multifunctional Nano-Bioprobes Based on Rattle-Structured Upconverting Luminescent Nanoparticles”, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7915-7919.
　　 6. Wei Zheng, Ping Huang, Datao Tu, En Ma, Haomiao Zhu, and Xueyuan Chen*, “Lanthanide-Doped Upconversion Nano-Bioprobes: Electronic Structures, Optical Properties, and Biodetection”, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1379-1415 (Inside Front Cover).（入选化学领域ESI高被引频次论文）
　　 7. Shanyong Zhou, Wei Zheng, Zhuo Chen, Datao Tu, Yongsheng Liu, En Ma, Renfu Li, Haomiao Zhu, Mingdong Huang*, and Xueyuan Chen*, “Dissolution-Enhanced Luminescent Bioassay Based on Inorganic Lanthanide Nanoparticles”, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498-12502. （入选“2014年中国稀土十大科技新闻”）
　　 8. Haomiao Zhu, Chun Che Lin, Wenqin Luo, Situan Shu, Zhuguang Liu, Yongsheng Liu, Jintao Kong, En Ma, Yongge Cao, Ru-Shi Liu*, and Xueyuan Chen*, “Highly efficient non-rare-earth red emitting phosphor for warm white light-emitting diodes”, Nature Commun. 2014, 5, 4312. DOI: 10.1038/NCOMMS5312. (入选2014中国光学重要成果；材料领域ESI高被引频次论文)
　　 9. Ping Huang, Wei Zheng, Shanyong Zhou, Datao Tu, Zhuo Chen, Haomiao Zhu, Renfu Li, En Ma, Mingdong Huang, and Xueyuan Chen*, “Lanthanide-Doped LiLuF4 Upconversion Nanoprobes for the Detection of Disease Biomarkers”, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252-1257 (Hot paper, featured as Frontispiece) （入选化学领域ESI高被引频次论文）.
　　10. Datao Tu, Wei Zheng, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, and Xueyuan Chen*, “Luminescent Biodetection Based on Lanthanide-Doped Inorganic Nanoprobes”, Coord. Chem. Rev. 2014, 273-274, 13-29.
　　11. Yongsheng Liu, Datao Tu, Haomiao Zhu, and Xueyuan Chen*, “Lanthanide-Doped Luminescent Nanoprobes: Controlled Synthesis, Optical Spectroscopy, and Bioapplications”, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6924-6858. （入选化学领域ESI高被引频次论文）
　　12. Qingdong Zheng*, Haomiao Zhu, Shan-Ci Chen, Changquan Tang, En Ma, and Xueyuan Chen*, “Frequency up-converted stimulated emission by simultaneous five-photon absorption”, Nature Photonics 2013, 7, 234-239. (入选2013中国光学重要成果)
　　13. Wei Zheng, Shanyong Zhou, Zhuo Chen, Ping Hu, Yongsheng Liu, Datao Tu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Mingdong Huang, and Xueyuan Chen*, “Sub-10 nm Lanthanide-Doped CaF2 Nanoprobes for Time-Resolved Luminescent Biodetection”,  Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671-6676.
　　14. Datao Tu, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Liqin Liu, and Xueyuan Chen*, “Breakdown of Crystallographic Site Symmetry in Lanthanide-Doped NaYF4 Crystals”, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1128-1133.（入选化学领域ESI高被引频次论文）
　　15. Yongsheng Liu, Shanyong Zhou, Datao Tu, Zhuo Chen, Mingdong Huang, Haomiao Zhu, En Ma, and Xueyuan Chen*, “Amine-Functionalized Lanthanide-Doped Zirconia Nanoparticles: Optical Spectroscopy, Time-Resolved Fluorescence Resonance Energy Transfer Biodetection and Targeted Imaging”, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15083-15090. (Highlighted in C&EN and JACS Spotlights，入选化学领域ESI高被引频次论文）
　　16. Qiang Ju, Datao Tu, Yongsheng Liu, Renfu Li, Haomiao Zhu, Jincan Chen, Zhuo Chen, Mingdong Huang, Xueyuan Chen*, “Amine-Functionalized Lanthanide-Doped KGdF4 Nanocrystals as Potential Optical/Magnetic Multimodal Bioprobes”, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1323-1330.（入选化学领域ESI高被引频次论文和2012年最热门中国研究论文）
　　17. Datao Tu, Liqin Liu, Qiang Ju, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, Renfu Li and Xueyuan Chen*, “Time-Resolved FRET Biosensor Based on Amine-Functionalized Lanthanide-Doped NaYF4 Nanocrystals”, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6306-6310.（入选化学领域ESI高被引频次论文）
　　18. Wenqin Luo, Chengyu Fu, Renfu Li, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, and Xueyuan Chen*, “Er3+ Doped Anatase TiO2 Nanocrystals: Crystal-Field Levels, Excited-State Dynamics, Upconversion and Defect Luminescence”, Small 2011, 7, 3046-3056. (入选2011中国光学重要成果，2014福建省自然科学优秀学术论文一等奖)
　　19. Yongsheng Liu, Datao Tu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Wenqin Luo, and Xueyuan Chen*, “A Strategy to Achieve Efficient Dual-Mode Luminescence of Eu3+ in Lanthanides Doped Multifunctional NaGdF4 Nanocrystals”, Adv. Mater. 2010, 22, 3266-3271.（入选材料领域ESI高被引频次论文，2010中国光学重要成果，2012福建省自然科学优秀学术论文一等奖）

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稀土和过渡族金属离子掺杂无机纳米发光材料具有优异的发光性能，如长荧光寿命的下转移发光、近红外激发的上转换发光以及无需激发源的长余辉发光，因此有望成为新一代荧光探针应用于生物医学的各个领域。稀土和过渡族金属离子在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学，对稀土和过渡族金属离子掺杂无机纳米发光材料开展深入的发光物理研究对该类材料光学性能的优化及其在生物医学领域的应用具有重要意义。
鉴于此，中科院福建物构所陈学元课题组系统介绍了该课题组在稀土和过渡族金属离子掺杂无机纳米发光材料的最新研究进展。概述了材料的控制合成，重点讨论了以生物医学应用为导向的光学性能设计以及提高该类材料发光效率的有效方法，并展示其作为无背景荧光生物探针在疾病标志物体外检测方面的应用。

稀土和过渡族金属离子

参考文献：

P.Huang, W.Zheng, Z.Gong, W.You, J.Wei, X.Chen, Rare earth ion– and transition metal ion–doped inorganic luminescentnanocrystals: from fundamentals to biodetection. Materials Today Nano, 2019:100031.

DOI: 10.1016/j.mtnano.2019.100031

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842019300148

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精确检测血液中的循环肿瘤细胞(CTCs)对早期癌症诊断和肿瘤转移的评估至关重要。中科院福建物构所宋晓荣博士、陈学元研究员和陈卓研究员合作研制了一种基于时间分辨的镧系发光纳米探针，并将其作为超敏检测血液CTCs的平台。该纳米探针可以特异性识别癌细胞上高表达的上皮细胞粘附分子，并使得信号通过时间分辨的光致发光(TRPL)进行放大。由于每个细胞中镧系离子的标记率较高，并且TRPL可以消除短暂的自发荧光，因此这种方法可以直接用于检测乳腺癌细胞，其检测限为每孔1个细胞。研究结果表明，该探针可以在癌症患者的血液中检测血CTCs，检出率为93.9%。由于CTC的水平与癌症分期密切相关，因此该方法在监测癌症进展方面具有重要的意义，同时也可以为早期的癌症诊断和预后提供有效的新策略。

发光纳米探针

Hanhan Guo, Xiaorong Song, Xueyuan Chen, Zhuo Chen. et al. Direct Detection of Circulating Tumor Cells in Whole Blood Based on Time-Resolved Luminescent Lanthanide Nanoprobes.

DOI: 10.1002/anie.201907605

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907605