破譯稀土“百變”密碼

廈門市稀土光電功能材料重點實驗室基礎研究與產業應用齊頭并進

實驗人員正在做鍍膜程序測試。

廈門日報訊（文/圖 記者 吳君寧）電影中常見一幕：嫌疑人在城市的高樓大廈間匆忙逃竄，大屏幕前的警察點開一張電子地圖，快速移動的光點指示著嫌疑人的方位，一切盡收眼底。科學家說，有一天，人類也能像追蹤犯罪分子一樣，對空氣、生物體中特定的物質明察秋毫，分秒洞悉。

廈門市稀土光電功能材料重點實驗室做到了這一點。最新的研究成果是，通過精準稀土熒光醫學影像，助力乳腺癌淋巴結轉移早期識別和手術“導航”。

除了稀土生物醫學診療技術的研發，實驗室還聚焦稀土光電功能材料與器件領域，開展一系列應用基礎研究，為廈門乃至全省稀土產業發展提供技術創新支撐。

探尋稀土發光機理

在廈門市稀土光電功能材料重點實驗室里，稀土材料檢驗檢測中心是基礎研究的“基石”，在該中心副主任張其凱身邊，一臺鍍膜儀器猶如現代化的“煉丹爐”，底部由裝有不同成分的容器圍成一圈，并與爐子主體相通。

“容器中是各種材料，通過加熱把這些成分一層層蒸上去，鍍到樣本上。”張其凱在一個精密的系統面板上控制多個旋鈕，對各種鍍膜材料調整參數。他說，一次次試驗鍍膜程序是前期必不可少的摸索，之后才能應用到多種場景中。

由于稀土離子具有未充滿的4f電子層結構，其電子能在不同能級間躍遷。這樣的電子躍遷吸收或發射從紫外到紅外區各種波長的光，從而形成了多種多樣的稀土光功能材料，因此稀土有著“發光材料的寶庫”的美稱。這些基礎研究的積累已歷經十多年，目的就是要探尋稀土材料的發光機理，研發不同應用場景的發光材料。

近年來，實驗室自主研發出一系列稀土光電功能材料，應用在植物照明和食品檢測的LED器件、更高質量OLED顯示器等，距離人們的生活越來越近。

為果蔬定制“一束光”

“稀土光源能讓光照具有‘靶向性’，應用在植物補光及室內培育，能夠有效促進植物生長。”廈門市稀土光電功能材料重點實驗室副主任、無機光功能材料團隊負責人朱浩淼告訴記者，憑借對稀土元素的充分了解和大量實驗，研究團隊在LED燈光基礎上，將稀土元素加入光源中，使針對作物光合作用所需多個特征波段的按需調控成為可能。

實際上，市面上已出現通過照明生產的奶油生菜。從外表看來，這些蔬菜似乎沒什么特別之處，但實際上，它們都經過了獨特的光照過程，營養成分含量、糖度、酸堿度都發生了變化。

朱浩淼介紹，稀土農用光源主要是讓稀土發光材料在不同的發光材料及化合物的作用下，通過電激發產生不同波段的光譜。這種新技術與普通人工補光技術的區別在于稀土發光材料的光譜更準確。

“比如我想要紅光，但因為它的光譜比較寬，對于植物來說，可能不需要這么多的黃光或橙光。而有稀土元素參與的人工光照過程，其光譜是非常準確的，想要哪個波段的光譜，就能定位到哪個波段”，朱浩淼說，稀土發光材料還有一個優點，它的光電轉化效率很高，能把近90%的電能轉化成光能，植物又能將大部分光能吸收，這樣一來，提高了光照吸收的效率。

此外，研究團隊還開發了一系列發射波長在750納米-1300納米的近紅外發光材料，并利用晶體場工程、能量傳遞、局域配位環境調控等策略，對材料的發光效率、熱穩定性進行顯著優化和機理研究，研發的LED器件可應用在水果及農作物分析、靜脈分布成像、夜視和防偽等方面。

為腫瘤手術刀“導航”

實現電影里的“追蹤”場景，是重點實驗室研究團隊與廈門大學醫學院、汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院通過多學科交叉合作，研發出“基于稀土近紅外二區發光的前哨淋巴結轉移精準成像技術”，不僅能對癌細胞“看得早”，還能在手術中精準定位癌細胞，為醫生“導航”。

形象地說，就是他們開發了一種新技術，就像打開一扇觀察人體內部的窗口——只需注射會發光的納米“探針”，即可自動定位腫瘤，通過光學成像儀器，就能隔著皮膚和肌肉組織直觀清晰觀察到腫瘤的邊緣、細胞的游走等——不是靜態的“照片”，而是動態的“視頻”。

這種神奇的納米“探針”，并非一種針狀物體，而是一種化學合成的物質。研究團隊利用近紅外IIb區發光的稀土下轉換納米顆粒作為發光元件，以腫瘤特異性靶點CXCR4的拮抗肽Balixafortide（POL6326）作為靶向元件，成功合成的新型近紅外IIb區納米探針，名為“ErNPs@POL6326”。

以活體熒光成像法替代癌癥病理診斷使用的活檢樣本體外檢測技術，可以避免腫瘤細胞轉移的風險，成為一種新型的無創腫瘤病理診斷方法。研究團隊負責人張云說，看似微弱的熒光，就如同“火眼金睛”，可以幫助醫生“精準導航”。

眼下，實驗室發揮其精準定位的特性，正在進一步研究稀土材料的診療一體化。“在精準醫學免疫治療領域，稀土還有廣闊前景。”朱浩淼說，團隊正在重點研發一種像“導彈”一樣的靶向藥物，采用稀土中的“镥”“釔”等放射性同位素，先精準定位腫瘤細胞，再利用其放射性特質發射出高能粒子，定向殺死腫瘤細胞。

名片

廈門市稀土光電功能材料重點實驗室

廈門市稀土光電功能材料重點實驗室依托中國科學院海西研究院廈門稀土材料研究中心建設。自2020年設立以來，實驗室聚焦發光材料與器件、稀土生物醫學診療技術研發等五大方向，為廈門市稀土光電功能材料產業提供了有力的科技支撐。

實驗室現有研發團隊5個，學科帶頭人5人，骨干研發人員33人，近兩年新增13位骨干科研人員入選省、市人才計劃，培養碩士畢業生21名、博士畢業生5名。