陈洪渊院士团队“纳米激光探针”工作

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近日，南京大学化学化工学院陈洪渊院士团队在基于等离子体激光体系的发光探针方面取得重要进展，相关成果以“Three-level spaser for next-generation luminescent nanoprobe”为题于2018年8月17日在Science Advances上发表（Science Advances17 Aug 2018, Vol. 4, no. 8, eaat0292; DOI: 10.1126/sciadv.aat0292）。化学化工学院博士研究生宋沛与王建花为论文共同第一作者，陈洪渊院士、徐静娟教授和康斌副教授为论文共同通讯作者。

现代生命科学和医学的高度发达，很大程度上依赖于发光探针的先进性及其发展。过去的几十年，人类创造出一系列的发光物质，并得以在基础研究、医学诊断及化学工业等多个层面广泛应用。这些发光探针包括：有机荧光染料、半导体量子点、荧光蛋白、上转换荧光材料、生物发光分子等等。使用不同颜色的发光探针，可观测生物体系中多种生物分子的协同行为，或同时分析多种特征的疾病标志物。上述发光探针的发光行为都是基于自发辐射，具有较宽的发射光谱分布。这种宽谱的发光特征，从物性限制了同时标记和检测的发光探针的种类不过4-5种。如能从物性根源上改变发光探针的发光行为，使其发光呈现出类似激光的单色性，有望大大拓展生命分析的容许通道数。然而，之前报道的二能级等离子激光体系离实际生物应用还有较大的距离。要在纳米尺度内实现光的受激辐射放大，必须对增益介质和谐振腔内的电子跃迁和能量转移实施精准的设计和调控，以降低激射阈值、延长激射时间，满足实际生物应用的要求。在激光基础理论的启发下，该研究团队通过设计增益介质的电子能级，利用电子的三重激发态跃迁，第一次在实验上构建了三能级的等离子体激光探针。 受益于三重激发态的长寿命以及自旋禁阻的量子规则，实现了~3 nm的激射线宽、~102 μs的发光寿命以及低至1 mJ cm−2的激射阈值（较之前降低了2个数量级），已能与常规生物检测仪器（如共聚焦显微镜、流式细胞仪）相兼容。该探针设计理念的建立，为下一代新型发光探针的设计、开发和应用具有重要指导意义。

基于三能级等离子激光体系的“纳米激光探针”

该项研究得到了国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目、 重点项目及面上项目，江苏省优势学科等项目的资助。