基于氨基硅烷偶联调控方酸染料在二氧化钛表面聚集的染料敏化太阳能电池研究

本研究针对光热治疗(PTT)中温度监控与治疗效果平衡的难题，开发了基于40 nm β-NaLuF4纳米颗粒的双功能光热剂，通过Nd3+敏化的上转换(UC)发光实现精准光学测温，并利用Cu2S介导光热转换。该研究为癌症治疗提供了兼具温度自监测和安全性的新型PTT方案。

　　

在癌症治疗领域，光热治疗(PTT)因其微创性和高选择性备受关注，但治疗过程中温度控制的精准度一直是制约其临床应用的瓶颈。传统PTT存在两难困境：温度过高会损伤健康组织，温度不足则疗效欠佳。更棘手的是，当前主流980 nm激发光源会因水分子强吸收引发过热效应，而常用Yb³⁺/Er³⁺上转换体系又难以规避这一弊端。

针对这些挑战，来自重庆理工大学等机构的研究团队在《Dyes and Pigments》发表创新成果。他们巧妙设计了一种直径仅40 nm的核壳结构纳米颗粒，通过β-NaYF₄@β-NaLuF₄:Yb³⁺/Er³⁺@β-NaLuF₄:Yb³⁺/Nd³⁺的逐层包覆策略，实现了808 nm激发下的高效上转换发光。这种设计充分利用了Nd³⁺在808 nm处的高吸收截面（1.2×10^-19 cm²）和水分子的低吸收系数（0.02 cm^-1），从根本上解决了激光致热难题。

研究采用三项关键技术：1）通过种子介导的逐层包覆法构建小尺寸β-NaLuF₄纳米晶；2）基于静电吸附组装Cu₂S纳米颗粒形成中心-卫星结构；3）利用Er³⁺的热耦合能级（²H_11/2/⁴S_3/2）实现荧光强度比(FIR)温度传感。

【Morphology and luminescence properties】部分显示，透射电镜证实成功构建了单分散的核壳结构。在808 nm激光激发下，Er³⁺的绿色上转换发光强度比980 nm激发时提升3倍，这归因于Nd³⁺→Yb³⁺→Er³⁺的高效能量传递。

【Photothermal conversion performance】实验表明，负载Cu₂S后，纳米颗粒在20 mW/mm²功率密度下180秒内使PBS溶液温度从293 K升至311 K，且温度传感误差小于0.5 K。离体实验进一步验证，该体系可在生物组织内同步实现光热转换和温度监控，有效避免过热损伤。

研究结论指出，这种双功能纳米平台创造了PTT领域的三个突破：首次在808 nm激发下实现β-NaLuF₄的高效上转换；通过结构设计克服了Nd³⁺与激活离子的交叉弛豫问题；将光热转换效率与温度监测精度统一于40 nm尺度。这项工作为发展"智能型"癌症治疗剂提供了新范式，其采用的氨基硅烷偶联技术对染料敏化太阳能电池等领域也有重要借鉴意义。