破译稀土“百变”密码！厦门市稀土光电功能材料重点实验室基础研究与产业应用齐头并进

破译稀土“百变”密码！厦门市稀土光电功能材料重点实验室基础研究与产业应用齐头并进

来源：厦门日报

 电影中常见一幕：嫌疑人在城市的高楼大厦间匆忙逃窜，大屏幕前的警察点开一张电子地图，快速移动的光点指示着嫌疑人的方位，一切尽收眼底。科学家说，有一天，人类也能像追踪犯罪分子一样，对空气、生物体中特定的物质明察秋毫，分秒洞悉。
厦门市稀土光电功能材料重点实验室做到了这一点。最新的研究成果是，通过精准稀土荧光医学影像，助力乳腺癌淋巴结转移早期识别和手术“导航”。
除了稀土生物医学诊疗技术的研发，实验室还聚焦稀土光电功能材料与器件领域，开展一系列应用基础研究，为我市乃至全省稀土产业发展提供技术创新支撑。
探寻稀土发光机理
      在厦门市稀土光电功能材料重点实验室里，稀土材料检验检测中心是基础研究的“基石”，在该中心副主任张其凯身边，一台镀膜仪器犹如现代化的“炼丹炉”，底部由装有不同成分的容器围成一圈，并与炉子主体相通。
     “容器中是各种材料，通过加热把这些成分一层层蒸上去，镀到样本上。”张其凯在一个精密的系统面板上控制多个旋钮，对各种镀膜材料调整参数。他说，一次次试验镀膜程序是前期必不可少的摸索，之后才能应用到多种场景中。
由于稀土离子具有未充满的4f电子层结构，其电子能在不同能级间跃迁。这样的电子跃迁吸收或发射从紫外到红外区各种波长的光，从而形成了多种多样的稀土光功能材料，因此稀土有着“发光材料的宝库”的美称。这些基础研究的积累已历经十多年，目的就是要探寻稀土材料的发光机理，研发不同应用场景的发光材料。
       近年来，实验室自主研发出一系列稀土光电功能材料，应用在植物照明和食品检测的LED器件、更高质量OLED显示器等，距离人们的生活越来越近。
为果蔬定制“一束光”
      “稀土光源能让光照具有‘靶向性’，应用在植物补光及室内培育，能够有效促进植物生长。”厦门市稀土光电功能材料重点实验室副主任、无机光功能材料团队负责人朱浩淼告诉记者，凭借对稀土元素的充分了解和大量实验，研究团队在LED灯光基础上，将稀土元素加入光源中，使针对作物光合作用所需多个特征波段的按需调控成为可能。
实际上，市面上已出现通过照明生产的奶油生菜。从外表看来，这些蔬菜似乎没什么特别之处，但实际上，它们都经过了独特的光照过程，营养成分含量、糖度、酸碱度都发生了变化。
       朱浩淼介绍，稀土农用光源主要是让稀土发光材料在不同的发光材料及化合物的作用下，通过电激发产生不同波段的光谱。这种新技术与普通人工补光技术的区别在于稀土发光材料的光谱更准确。
    “比如我想要红光，但因为它的光谱比较宽，对于植物来说，可能不需要这么多的黄光或橙光。而有稀土元素参与的人工光照过程，其光谱是非常准确的，想要哪个波段的光谱，就能定位到哪个波段”，朱浩淼说，稀土发光材料还有一个优点，它的光电转化效率很高，能把近90%的电能转化成光能，植物又能将大部分光能吸收，这样一来，提高了光照吸收的效率。
此外，研究团队还开发了一系列发射波长在750纳米-1300纳米的近红外发光材料，并利用晶体场工程、能量传递、局域配位环境调控等策略，对材料的发光效率、热稳定性进行显著优化和机理研究，研发的LED器件可应用在水果及农作物分析、静脉分布成像、夜视和防伪等方面。
为肿瘤手术刀“导航”
       实现电影里的“追踪”场景，是重点实验室研究团队与厦门大学医学院、汕头大学医学院附属肿瘤医院通过多学科交叉合作，研发出“基于稀土近红外二区发光的前哨淋巴结转移精准成像技术”，不仅能对癌细胞“看得早”，还能在手术中精准定位癌细胞，为医生“导航”。
       形象地说，就是他们开发了一种新技术，就像打开一扇观察人体内部的窗口——只需注射会发光的纳米“探针”，即可自动定位肿瘤，通过光学成像仪器，就能隔着皮肤和肌肉组织直观清晰观察到肿瘤的边缘、细胞的游走等——不是静态的“照片”，而是动态的“视频”。
       这种神奇的纳米“探针”，并非一种针状物体，而是一种化学合成的物质。研究团队利用近红外IIb区发光的稀土下转换纳米颗粒作为发光元件，以肿瘤特异性靶点CXCR4的拮抗肽Balixafortide（POL6326）作为靶向元件，成功合成的新型近红外IIb区纳米探针，名为“ErNPs@POL6326”。
       以活体荧光成像法替代癌症病理诊断使用的活检样本体外检测技术，可以避免肿瘤细胞转移的风险，成为一种新型的无创肿瘤病理诊断方法。研究团队负责人张云说，看似微弱的荧光，就如同“火眼金睛”，可以帮助医生“精准导航”。
眼下，实验室发挥其精准定位的特性，正在进一步研究稀土材料的诊疗一体化。“在精准医学免疫治疗领域，稀土还有广阔前景。”朱浩淼说，团队正在重点研发一种像“导弹”一样的靶向药物，采用稀土中的“镥”“钇”等放射性同位素，先精准定位肿瘤细胞，再利用其放射性特质发射出高能粒子，定向杀死肿瘤细胞。
名片
        厦门市稀土光电功能材料重点实验室
        厦门市稀土光电功能材料重点实验室依托中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心建设。自2020年设立以来，实验室聚焦发光材料与器件、稀土生物医学诊疗技术研发等五大方向，为厦门市稀土光电功能材料产业提供了有力的科技支撑。
实验室现有研发团队5个，学科带头人5人，骨干研发人员33人，近两年新增13位骨干科研人员入选省、市人才计划，培养硕士毕业生21名、博士毕业生5名。
（文/图 厦门日报记者 吴君宁）