上海大学孙丽宁教授团队AFM：多模发射稀土纳米晶体用于深度学习成像

近日，上海大学孙丽宁教授团队在国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》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。

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，孙丽宁教授团队设计了一种具有NIR-II和可见光波段的可调多模发射材料，并通过深度学习将可见光与NIR-II的优势结合起来，发展了一种新的成像技术（图1）。

▲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

经过不断的探索，该团队成功制备出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。这种哑铃状核壳壳纳米晶能响应980和808 nm两种不同的激发光，且根据激发波长的不同表现出两种发光模式：980 nm 激发下NIR-II发射较强、上转换可见发射较弱；而808 nm 激发下NIR-II发射较弱、上转换可见发射较强（图2）。

▲图2 基哑铃状多模发射纳米晶的结构及光学表征

这种激发波长控制的多模发射现象是由于纳米晶在两种不同的激发模式下呈现出两种不同的能量传递路径：Nd→Yb→Er（808 nm激发）和Yb→Er（980 nm激发）。在980 nm激发下，能量传递到Er³⁺离子后更容易与相邻的Ce³⁺离子发生辅助能量转移，最终产生NIR-II下转移发射行为；在808 nm激发下，由于传递路径更长，Er³⁺离子的基态电子被激发后不易与Ce³⁺发生辅助能量传递过程，导致上转换发光较强，NIR-II下转移发射减弱。

▲图3 多模发光机理分析

随后，该团队探索了哑铃状多模发射纳米晶双通道成像的性能（图4），其中NIR-II通道展现了优异的组织穿透性能。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（图5）。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4 哑铃状多模发射纳米晶用于多模双通道成像

▲图5 哑铃状多模发射纳米晶用于深度学习成像

该研究工作由上海大学、复旦大学合作完成，得到了复旦大学张凡教授团队和刘欣副教授团队的鼎力支持。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。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202206802

上海大学孙丽宁教授课题组诚招博士后、青年教师、副教授

根据课题组发展需要，在稀土发光材料相关方向诚聘优秀青年教师、博士后若干名：

本课题组研究方向:

1. 稀土多功能材料的设计制备及其发光、防伪和检测应用研究

2. 稀土上转换发光杂化纳米材料及其生物成像和治疗应用研究

一、博士后应聘条件：

1．专业要求：材料、化学、生物等相关专业；有稀土发光(纳米)材料制备及相关应用、稀土发光机理和理论功底，熟悉化学合成、生物应用等相关交叉学科背景研究者优先；

2．申请者已获得博士学位，且毕业时间为近2年内；

3．具备团队合作意识、独立的科研工作能力、组织能力，对科研爱好且有追求者；

4．在国际著名学术期刊上发表科研论文5篇以上。

二、博士后岗位职责

1．参与国家、上海市科研项目申请与研究；

2．协助指导硕士、博士研究生研究；

3．独立申请博士后以及青年科学基金。

三、博士后岗位待遇

1. 基本薪酬待遇按《上海大学博士后管理办法》中全职统招博士后的有关规定执行。可申请上海市师资博士后资助计划，累计年薪26万以上；申请到上海市人社局“超级博士后”激励计划者，最高累计年薪35万以上；申请到国家博士后“博新计划”“引进计划”者，可累加享受所获资助，最高累计年薪50万以上。

2. 户籍落入上海大学职工集体户口，学校提供环境优雅舒适的博士后公寓，帮助解决住宿问题；子女可办理就近入学。

3. 博士后期间工作积极，出站考核优秀者，可协助申请留校聘为正式教师。

一、教师应聘条件：

2．申请者已获得博士学位，目前在国外具有博士后科研职位，或已回国一年以内；

3．具备独立的科研工作能力、组织能力和团队合作意识；

二、教师岗位职责

1．独立申请国家、上海市科研项目；参与国家、上海市科研项目研究；

2．协助指导硕士、博士研究生；

3. 完成相关教学、科研任务。

三、教师岗位待遇

按上海大学在编岗位待遇。此外，课题组将协助申请上海市多层次的人才计划。

四、应聘材料

1. 个人简历（包括教育背景、工作经历、近照等）；

2. 两名推荐人信息；

3. 已发表过的相关科研论文目录及附件。

有意向者，请将申请资料发送孙老师，Email: lnsun@shu.edu.cn

孙丽宁，教授/研究员，博士生导师，德国洪堡学者

2002.9-2008.1于中科院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室硕博连读，获理学博士学位（导师：张洪杰院士）；2008.3-2009.9作为德国洪堡学者，在雷根斯堡大学进行博士后研究（导师：Otto S. Wolfbeis教授）；2009年9月破格副教授加盟上海大学，2016年3月晋升教授/研究员，博士生导师。现任化学系副主任，无机化学和分析化学教研所所长。

迄今，已在Angewandte Chemie International Edition, Journal of the American Chemical Society,Advanced Functional Materials, Biomaterials等国内外知名杂志上发表SCI收录论文110篇，引用共5200余次；Web of Science统计H指数40。公开发明专利51项，已授权22项（其中1项已转让）。主持承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委基础研究重点、上海市教委科研创新重点等10余项国家/省部级项目；入选“上海市青年科技启明星”（2014）和上海市“曙光学者”（2019），2021年获2019-2020年度“上海市教育系统三八红旗手”；学术兼职主要有中国稀土学会发光专业委员会委员，欧洲稀土上转换联盟e-COST成员等。

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