CaZnOS:Nd3+ Emits Tissue-Penetrating near-Infrared Light upon Force Loading

材料科学 近红外光谱 光致发光 兴奋剂 离子 光电子学 紫外线 紫外线 红外线的 纳米技术 光学 化学 物理 有机化学
作者
Lejing Li,Lothar Wondraczek,Lihua Li,Yù Zhang,Ye Zhu,Mingying Peng,Chuanbin Mao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (17): 14509-14516 被引量:108
标识
DOI:10.1021/acsami.8b02530
摘要

Mechanoluminescent (ML) materials are mechano-optical converters that can emit light under an external mechanical stimulus. All the existing ML materials can only emit light from near ultraviolet to red, which is outside the near-infrared (NIR) windows desired for biomechanical imaging. No studies have been done on doping rare earth (RE) ions with photoluminescence (PL) in the NIR region into a compound to form a ML material that emits NIR light in response to an external force. Here, we show that doping RE ions with a NIR PL into an inorganic compound does not usually result in the formation of a NIR ML material, which can only be achieved in the combination of Nd3+ ions and a CaZnOS compound among the combinations we studied. The newly discovered NIR ML material (CaZnOS:Nd3+) is biocompatible and can efficiently convert mechanical stress into NIR light over the first and second tissue-penetrating bioimaging window. Its NIR ML emission appeared at a very low force threshold (even when the material was shaken slightly), increased sensitively and linearly with the increase in the force (up to >5 kN), and could penetrate the tissue as deep as >22 mm to enable biomechanical detection. Such a force-responsive behavior is highly reproducible. Hence, CaZnOS:Nd3+ is a new potential ultrasensitive biomechanical probe and expands the ML application horizons into in vivo bioimaging.
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