基于光子能量回传增强上转换/NIR-II发光的3D打印骨成像材料研究

来自国内的研究人员通过分子动力学模拟首次发现立方相YOF是稀土纳米颗粒(RENP)的理想发光基质。通过优化核壳结构、掺杂元素及其比例，揭示了Nd3+→Er3+能量回传(EBT)对NIR-II发光和上转换发光(UCL)的双重增强效应，实现了小鼠血管与骨骼的高质量活体成像，并开发出具有优异生物相容性的3D打印SiO2-RENP多层骨材料。

　　

这项突破性研究揭示了立方相氧化钇(YOF)作为稀土纳米颗粒(RENP)发光基质的独特优势。通过精妙的分子动力学模拟指导，科研团队创新性地设计了核壳结构，在调控Nd³⁺和Er³⁺掺杂比例时，意外发现了能量回传(Energy Back Transfer, EBT)现象的神奇效应——不仅能增强Nd³⁺的近红外二区(NIR-II)发光，还可同步提升Er³⁺的双光子上转换发光(Upconversion Luminescence, UCL)。这种"一箭双雕"的设计巧妙规避了能量竞争难题，为活体成像带来了革命性突破。

基于此优化的NIR-II发光特性，研究团队成功实现了小鼠血管网络和骨骼系统的超清晰成像。更令人振奋的是，借助3D打印技术，研究人员构建了SiO₂-RENP多层结构的新型骨材料。这种创新设计不仅有效防止了纯RENP的激光溅射问题，还显著提升了材料的生物相容性和机械性能。活体植入实验证实，该材料在NIR-II窗口下展现出卓越的长期稳定性，为骨科修复材料开辟了新天地。