近日，理学院孙丽宁教授团队在稀土多模发射纳米晶研究领域取得重要进展，相关研究结果在国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》(JCR和中科院一区Top)上发表题为“Deep Learning Fluorescence Imaging of Visible to NIR-II Based on Modulated Multimode Emissions Lanthanide Nanocrystals”的研究论文。该论文第一作者为2019级博士生宋亚湃，上海大学为第一作者单位和第一通讯作者单位。

荧光成像一直是生命科学和医学领域的研究热点之一，其中第二近红外窗口(NIR-II, 1000-1700 nm)成像因其具有深层组织穿透力和高的信噪比得到了广泛关注。但目前NIR-II波长的荧光探针以及成像设备的成熟度无法与可见光波长范围的媲美，且NIR-II探针的发射带较宽、不利于多通道成像的应用。

为此，理学院化学系孙丽宁教授团队通过多年稀土发光领域的研究积累，设计制备了一种新型哑铃状稀土掺杂纳米晶，其可以通过控制能量传递途径以及Ce3+辅助能量转移过程来调控能量迁移过程，从而实现激发波长控制的可见光和NIR-II的双重发射模式。重要的是，通过将哑铃状纳米晶体的多模式发射特性与深度学习相结合，该团队实现了可见荧光的优势和NIR-II的深组织穿透性优势的结合，发展了一种独特的深度学习荧光成像技术。通过这种新的成像技术，成功将从仿生组织成像中得到的模糊可见光图像转换为清晰的图像(分辨率类似于NIR-II) ，获得了具有窄发射带和高信噪比的荧光信号。该工作不仅为荧光成像提出了新的研究方案，也为智能光学材料与机器学习领域的交叉研究带来了崭新的思路。

图1 哑铃状稀土多模发射纳米晶用于深度学习荧光成像的示意图

该研究工作由上海大学、复旦大学合作完成，孙丽宁教授和复旦大学刘欣副教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金及上海市“曙光计划”项目的大力支持和资助。