9月15日，《Advanced Functional Materials》在线发表了我校化工学院2021年以学术骨干身份引进的朱泽策博士和华中科技大学舒学文教授共同通讯的论文《Highly efficient triplet-triplet-annihilation upconversion sensitized by a thermally activated delayed fluorescence molecule in optical microcavities》。
论文连接：https://doi.org/10.1002/adfm.202104044
三重态-三重态湮灭（Triplet-Triplet-Annihilation，TTA）上转换在光能利用、生物成像中有重要应用。过去多年，人们不断发展新的光敏剂和湮灭剂，用于提高TTA上转换效率。与单纯发展新材料不同，文章提出了利用光学微腔来增强上转换效率。其原理是将激发光限定在光学回音壁谐振腔中传输，通过增强传输光程来增强腔内物质对光的吸收；因而在同等激发光密度下，光学微腔可以产生更多激发态，进而具有更高的上转换效率和更低的激发阈值。论文中的微腔由填充甲苯溶液的石英毛细管构成，由于绿光在甲苯中折率（1.49）略高于石英（1.46），当激发光切向入射甲苯溶液中，可以以回音壁模式（whispering gallery mode，WGM）在毛细管内壁传输（图1）。
图1 自主搭建的装置用于微腔上转换发光的测量
该工作中所研究的微腔体积小，目前没有专门的仪器可以测量其上转换发光效率。为解决该问题，朱泽策等人于2019年底在舒学文课题组自主搭建了显微测试装置（图1），实现了微腔中上转换发光效率的相对法测量。文章采用延迟荧光光敏剂实现绿光到蓝光的上转换，效率达24.6%，显著高于其它延迟荧光光敏剂。该工作提示了光学微腔是上转换材料应用的较好形式，可望用于发展高效、低阈值上转换光子器件。
除上述论文外，朱泽策在过去几年中，自主搭建了多种装置用于材料发光测试和生物成像应用，以第一作者或通讯作者发表了多篇学术论文（图2）。如：搭建了基于机械斩波器的自动锁相的时间分辨成像设备（Sensors & Actuators: B. Chemical, 2018, 260: 298）；发展了相位调制方法，实现了微秒级荧光寿命成像（Sensors & Actuators: B. Chemical, 2019, 280: 177）。这些自主搭建的装置省去了超快光源和高速光探测器，成本显著低于市售仪器。随后，朱泽策将手机用于时间分辨发光检测，采用连续光测量发光寿命（Analytica Chimica Acta 2019, 1054: 122），无需同步控制，不仅进一步降低了仪器成本，还实现了仪器的小型化。近期，朱泽策同华中科技大学舒学文课题组的合作成果《一种小型的手机设备用于微秒分辨的发光寿命成像》发表于《Sensors & Actuators: B. Chemical》上，利用斩波器的调制信号延迟触发紫外LED脉冲激发样本，实现了对小鼠肾切片的磷光寿命成像。由于手机的普及率高，这些工作有利于时间分辨检测技术的推广和下游检测方法的开发，可望在生物、医学、食品、环境检测中发挥作用。
图2 各种时间分辨检测装置
发展仪器的目的是为了更好地实现新材料的应用。朱泽策在博士后期间获得国家自然科学基金青年科学项目（51603152）和面上项目（52073109），以发展用于时间分辨成像的长寿命发光材料。在国家基金支持下，他利用激发三重态发展了迟荧光、室温磷光型探针和纳米粒子，拓展了多种新材料在荧光分析中的应用，相关成果发表在《Journal of the American Chemical Society》、《Advanced Science》、《Materials Horizons》等高影响力期刊上。
