实验室夏志国教授团队：具有宽带近红外发光的纳米晶玻璃复合光纤光源

荧光成像因其高灵敏度和高时空分辨率，在光子学和生命科学领域受到广泛关注。然而，目前的成像造影剂通常依赖高功率激光或X射线激发，这可能导致信号衰减、光照不均和生物损伤等问题。相比之下，650~1100nm范围的宽带发射的近红外光源能够同时激发多种荧光造影剂，简化多通道荧光成像系统。同时，现有荧光成像技术受生物组织光子衰减的限制，仍需大创口手术暴露手术区域，影响成像可靠性并增加感染风险。内窥镜技术通过集成微型工具，有效解决了这些问题，但高效宽带近红外微型光源的缺乏，限制了荧光成像与内窥镜技术的完美融合与发展。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室夏志国教授课题组成功开发了一种具有高效宽带近红外发光的纳米晶玻璃光纤阵列光源，并构建了全光纤耦合系统，实现了多通道荧光成像。这一成果有助于推动荧光成像技术与内窥镜技术的器件制造与应用。

夏志国教授研究团队报道了一种透明纳米晶玻璃复合材料（NGC），该材料可产生源于Cr3+团簇的宽带、高效近红外发光，发射峰范围650-1100nm（FWHM = 297 nm），外量子效率高达44%，显著优于已报道的近红外发射玻璃基复合材料。这种高效近红外发光透明复合材料是后续玻璃光纤拉制的理想体系。

图1纳米晶体-玻璃复合材料的制备和成玻特性研究

图2 Cr3+掺杂NGC的宽带近红外发射特性研究

为有效解决传统内窥镜光源固有的低耦合效率问题，研究团队创新性地提出了光纤-光纤的耦合策略，在成功拉制出高效宽带近红外发光的纳米晶玻璃光纤的基础上，进一步构建出光耦合效率高达95.2%的全光纤耦合系统。该耦合效率远高于传统内窥镜的光-光纤耦合策略。此策略还有效降低了系统的复杂性，削减了成本，提高了器件系统的稳定性。

图3 全光纤耦合系统和NGC光纤束的构建

研究团队将NGC光纤排列成规则的近红外阵列光源，实现了4毫米生物组织穿透的荧光成像，并完成了多通道荧光成像。这一成果展示了NGC光纤在多通道荧光内窥镜中的潜在应用价值。本研究为高效宽带近红外纳米晶-玻璃复合光纤的制备及近红外阵列光源的设计提供了理论和实验依据，同时为近红外荧光内窥镜的进一步发展开辟了新的研究方向。

图4多路荧光内窥镜应用演示

相关研究成果以“Broadband Near-Infrared Fibers Derived fromNanocrystal-Glass Composites for Miniature Arrays Light Sources”为题发表在Advanced Materials上，其中通讯作者为夏志国教授，第一作者为孙永胜博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金项目、国家重点研发计划稀土新材料专项等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202416861