近期，重点实验室袁若教授团队在《Angewandte Chemie-International Edition》（IF=16.1）上在线发表了题为“Entire Near Infrared-I Electrochemiluminescence Enhancement of Gold Nanoclusters”的研究论文。

研究背景

近红外-I区（NIR-I, 670–820 nm）电化学发光（ECL）因组织穿透性强、背景干扰低，在生物成像和光电器件中潜力巨大。金纳米簇（Au NCs）作为理想NIR ECL发射体，却受限于发光效率低和传统增强策略仅适用单一波长的问题（如配体调控、聚集诱导增强）。袁若教授团队提出一种普适性策略：通过精准匹配金纳米棒（Au NRs）等离子体共振吸收波长与Au NCs的ECL发射波长（简称NCxRy体系），实现全NIR-I区连续可调的ECL增强，突破单波长增强的局限。

研究内容

1. 材料设计与光谱匹配

o Au NRs精准调控：通过调节合成中银离子浓度（0.040–0.115 mM），控制Au NRs长径比，使其纵向等离子体吸收峰在650–835 nm连续可调。TEM证实不同长径比的Au NRs形貌。

o 核壳结构组装：以二氧化硅（SiO₂）为连接层，将Au NCs（配体：MHA/Met/NAC-Cys）与波长匹配的Au NRs耦合，构建NCxRy（如NCMHAR₆₇₀、NCMetR₇₆₀等），发射波长覆盖670–820 nm。

2. 结构表征与光学性质

o 形貌与成分：TEM/EDS显示Au NCs均匀锚定在SiO₂@Au NRs表面，XPS证实Au-S键形成。

o 光谱特性：FT-IR验证酰胺键连接（1680/1545 cm⁻¹峰）；ECL光谱相对荧光红移168 nm，源于不同激发机制。

3. ECL增强机制

o 电磁场加速辐射：当Au NCs的ECL发射波长（如670 nm）与Au NRs纵向吸收峰匹配时，FDTD模拟显示Au NRs表面产生高强度电磁场，加速电子-空穴复合与辐射跃迁：ECL强度提升3–4倍，荧光寿命从4.50 ns缩短至3.38 ns。

   能级调控：NCMHAR₆₇₀的LUMO能级升至-3.83 eV（NCMHA为-3.67 eV），更易还原发光。

o 普适性验证：该策略同样增强CdTe量子点的ECL（CdTeR₇₅₀），证明适用于多种纳米发光体。

4. 应用验证

o 高分辨ECL成像：NCMHAR₆₇₀在电极表面呈现明亮斑点，而单一Au NCs几乎无信号，凸显成像优势。

o 超灵敏生物传感：以NCMHAR₆₇₀为ECL发射体，结合三聚体催化发夹组装（TM-CHA）信号放大，检测肝衰竭标志物MMP-2：检出限低至4.27 fg/mL，优于文献报道20-21倍。

研究意义

本研究通过精准匹配金纳米棒（Au NRs）的等离子体共振吸收波长与金纳米簇（Au NCs）的电化学发光（ECL）发射波长（如NCMHAR₆₇₀），利用Au NRs激发的强电磁场加速电子-空穴复合与辐射跃迁，实现近红外-I区（670–820 nm）全谱ECL强度普适性提升3–4倍，突破传统单波长增强局限；该策略同步优化能级结构（LUMO升至-3.83 eV），并成功应用于高分辨ECL成像（明亮斑点）及超灵敏生物传感（MMP-2检测限达4.27 fg/mL），为多光谱成像、可调光电器件及多路生物检测提供新平台。