近红外光是一种人眼不可见的光，相对于可见光（400-700 nm）而言，生物组织在近红外窗口（700-1700 nm）内对光的吸收与散射较小。这使得可以发射近红外光的探针在生物成像和临床肿瘤切除等领域具有天然的优势。镧系纳米颗粒被认为是理想的近红外发光材料，其发光效率主要依赖于镧系敏化剂对外部能量的吸收和转换效率。然而，传统镧系敏化剂的吸收截面较低，因此传统近红外探针通常需要较高能量的激光照射才能发光。过高的照射功率不仅会造成背景干扰，影响成像的信噪比和分辨率，还可能引起潜在的过热现象，对生物组织造成伤害。因此，如何降低辐照光的能量，甚至在功率较低的环境光照射下来实现高信噪比近红外成像，一直是科研人员面临的难题。

针对以上难题，张凡团队（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）开发了一系列尺寸均一，结构和发射波长可调的新型过渡金属元素铬敏化的镧系纳米发光颗粒（Cr³⁺-sensitized lanthanide-doped nanoparticles, CLNPs）。三价铬离子作为人体必需的微量元素，同时具有较高的光吸收截面。其摩尔消光系数是常用的镧系敏化剂的十四倍，使其对激发光具有更强的收集能力。团队首次在纳米尺度实现了过渡金属离子对于六种镧系激活剂的敏化，发光范围覆盖900-1700 nm。此外，与需要激光激发的传统镧系敏化纳米粒子相比，新型的CLNPs在较弱的环境光照射下即可实现高效近红外发光。CLNPs的亮度比相同尺寸的传统镧系敏化纳米粒子最多高出三百七十倍。团队基于CLNPs良好的光学性质，实现了近红外窗口的四色加密和高信噪比的近红外第二窗口多重成像。这一技术的应用极大地简化了近红外成像的使用条件，同时也拓宽了近红外纳米探针的使用范围。

课题组博士生明江为第一作者；复旦大学化学系教授张凡为通讯作者。研究工作得到了复旦大学化学系、聚合物工程国家重点实验室、国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、科学探索奖、上海市科学技术委员会、上海市教委创新计划等机构与项目的大力支持。

       全文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01517-9