稀土掺入近红外二区（NIR-II:1000-1700nm）纳米荧光标记材料具备光化学稳定性好、较宽线宽、宽荧光寿命、深层生物的组织击穿、无背景荧光阻碍和低毒性等优点，在生物医学领域具备最重要的应用于前景。然而，由于稀土离子的f→f宇称禁戒跃迁特性，稀土基NIR-II纳米荧光标记材料不存在吸取强度很弱、荧光量子效率较低的瓶颈。
如何提升材料吸取效率研制出具备高效NIR-II闪烁的稀土纳米荧光标记材料是人们广泛注目的焦点，也是该领域的一个根本性技术挑战。中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构与装配重点实验室陈学元团队在中科院战略性先导科技专项、中科院创意国际团队、国家自然科学基金海峡牵头基金以及副研究员郑伟主持人的国家自然科学基金面上基金、中科院青促会和海西研究院春苗计划等反对下，发展了一种独有的高温共沉淀法，首次制备了单集中、形貌/粒径高效率兼备高效NIR-II闪烁的稀土掺入CaS纳米晶。该团队通过稳态/瞬态荧光光谱和荧光量子产率等测试手段，对Ce3+单掺入、Ce3+/Er3+和Ce3+/Nd3+共计掺入CaS纳米晶的闪烁性能展开了系统研究，说明了了纳米晶尺寸、掺入浓度等对材料闪烁效率和能量传递效率的影响。团队成员利用Ce3+在450nm蓝光区域的f→d吸取容许光子来提升材料的吸取效率，并通过Ce3+→Er3+和Ce3+→Nd3+的能量传递可实现Er3+和Nd3+的高效NIR-II闪烁，其中Ce3+到Er3+和Nd3+的能量传递最低效率分别为85.1%和82.6%，Er3+和Nd3+的NIR-II荧光意味著量子产率分别超过9.3%和7.7%。
由于Ce3+在450nm的强劲吸取与GaN蓝光LED芯片的升空很好相符，因此该纳米晶经两亲性磷脂分子外壳后可作为一种新型高效的蓝光LED可唤起的NIR-II荧光纳米探针，用作疾病标志物黄嘌呤的高灵敏特异性体外检测，检测限达32nM。该工作突破了稀土荧光纳米探针f→f禁戒跃迁吸取很弱、效率较低的技术瓶颈，为发展高效的稀土基NIR-II荧光纳米探针获取了一种利用容许光子天线敏化的普适方法，也为NIR-II纳米探针在即时检测（POCT）修筑了新途径。涉及结果6月5日在线公开发表于《德国应用化学》杂志（Angew.Chem.Int.Ed.2019,DOI:10.1002/anie.201905040），福建物构所/福建师范大学联成培生张美然是该论文的第一作者。
此前，陈学元团队在近红外稀土纳米荧光标记材料的电子结构、光学性能和生物应用于研究方面获得一系列进展。例如，以Eu3+为结构探针，说明了了Nd3+在LiLuF4纳米晶中的局域电子能级结构并构建高灵敏温度观测（Adv.Sci.2019,6,1802282）；发展一种具备近红外长光谱号召的CaS:Eu2+/Sm3+光鼓舞纳米荧光探针，构建对生物素受体过传达肿瘤细胞的靶向荧光光学（Chem.Sci.2019,10,5452,OutsideBackCover）；设计制备NaCeF4:Er3+近红外二区荧光纳米探针，构建对人体血清中尿酸的高灵敏检测及对小鼠深层的组织高分辨光学（Chem.Sci.2018,9,4682）。
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