基于铒离子能级调控的多重单颗粒成像技术突破

来自前沿团队的研究人员通过调控Er3+能级布居，开发了一种基于镧系掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs）的非光漂白比率成像策略，实现了超过10倍可调的红绿发射比（R/G），并成功演示了五色单颗粒追踪（SPT）技术，误识率低于5%。该研究为长时程多色SPT提供了简单可靠的工具，助力复杂生物过程研究。

　　

通过调控铒离子（Er³⁺）的能级布居，研究人员开发了一种基于镧系掺杂上转换纳米颗粒（lanthanide-doped upconversion nanoparticles, UCNPs）的非光漂白比率成像策略，成功实现了多重单颗粒追踪（single-particle tracking, SPT）。该技术利用UCNPs内在可调的红绿发射比（red-to-green ratio, R/G），在单颗粒水平上展现出超过10倍的调控范围。

机制研究表明，这一比率行为受镱离子（Yb³⁺）激发密度的调控：高Yb³⁺激发密度增强三光子上转换过程，促进红色发射；而低密度则有利于二光子上转换，增强绿色发射。两者均通过共享的²H_11/2能级进行竞争性能量转移。

基于这一竞争机制，研究进一步建立了UCNPs结构与R/G发射比的定量关系，实现了对不同结构设计下光谱输出的可靠预测。凭借这一可调比率原理，团队成功演示了同步五色单颗粒成像，误识率低于5%，并将其应用于活细胞中受体介导的内吞过程（receptor-mediated endocytosis）的可视化研究。

该工作凸显了上转换发光比率判别技术在长时程、多色SPT中的优势，为解析复杂生物过程提供了简单而可靠的工具。