第一作者：Mikkel Baldtzer Liisberg

通讯作者：Tom Vosch

通讯单位：University of Copenhagen

研究内容： 

本文介绍了一种测量亚纳秒到毫秒范围内发射的方法，并演示了DNA稳定的银纳米团簇(DNA-AgNC)显示双发射。这种方法允许分离两个光谱重叠信号的时间演化，并确定两个发射分量的纳米和微秒衰减时间，以及它们达到稳态平衡所需的时间。此外，一个固定延迟同步的第二近红外激光器，使光学激活延迟荧光(OADF)的同时表征成为可能。对于这一特殊的DNA-AgNC，他们证明了发光状态和OADF负责状态的微秒衰减时间是相似的，表明OADF过程从发光状态开始。

要点一：

本文演示了一种使用TCSPC同时测量双发射DNAAgNC的纳米和微秒衰减时间的方法，其中每个光子被分配一个微时间和一个宏时间。利用微时间和宏时间的结合，能够将DNA-Ag₁₆NC的光谱重叠荧光和发光分解为单个的时间分辨贡献。此外，该方法还允许确定建立稳态条件所需的平衡时间。用二次近红外激光进行共照明测量，可以表征负责OADF的状态的衰变和平衡时间。

要点二：

OADF相关态的宏域衰减时间与发光态衰减时间相似，首次证明了OADF来自发光态。除了在一次测量中表征双重发射的DNA-AgNCs有价值之外，这种方法对于研究跨越纳秒到毫秒时间尺度的发射的无数其他系统也有兴趣，或者，随后对短寿命和长寿命发射的时间分辨测量可能会改变真实的情况，只有同时测量这两个量才能得到。对于这种方法，标准的TCSPC检测硬件附带一个脉冲MHz激光，可以以突发模式工作，最终附带一个用于研究OADF的二次激光。

图 1：从微观和宏观时间同时检测荧光和发光的原理。(a)在宏时间域，光子到达时间(T-T₀)由内部定时器以50 ns的时间分辨率记录。在激发源(520 nm)的开启周期(T_on)中建立了发光粒子群，而在关闭周期(T_off)中检测到发光状态的衰减。(b)通过与一个可变延迟(T_delay)和周期(T_on2)的次级激励源(850 nm)共同照明，探究OADF的宏时间动力学。(c)微时域表示光子到达时间相对于同步(t)，包含亚ns时间分辨率的荧光衰减信息;s的发光在脉冲(Bkg)后将以恒定的背景与探测器暗计数一起出现。通过加入一个带时滞的次级激励源t_delay，可以研究OADF的时间动力学。

图 2：在520 nm激发下同时测量荧光和发光DNA-Ag₁₆NC的解缠结 (1084 W / cm², f_Micro = 11 MHz, f_Macro = 500 Hz, T_on= 0.5毫秒, T_off = 1.5 ms)，在室温下10 mM NH₄OAc D₂O溶液中。(a) 无门控微秒产生纳秒级荧光衰减。彩色区域表示宏时间域内用于控制荧光(Fl)和发光(Lu)的微时间区域。(b) 门控宏时间可以得到荧光和发光在宏时间域(bin time 2 μs)内的时间演化，拟合为黑色曲线。

图 3: DNA-Ag₁₆NC在10 mM NH₄OAc D₂O溶液中的平衡和衰减时间随520 nm激发强度的变化而变化。每个激励强度下的数据点和不确定度表示三个测量值的加权平均值。τFl,E， τLu,E和τLu,D的值与左侧y轴有关，而τFl的值与右侧y轴有关。τFl，τFl,E和τLu,E是双指数拟合的强度加权平均值。

图4： DNA-Ag₁₆NC在520 nm (81 W/cm², f_Micro = 11 MHz, f_Macro = 500 Hz, T_on = 0.5 ms, T_off = 1.5 ms)和850 nm (6.3 kW/cm², f_Micro = 11 MHz, f_Macro = 500 Hz，和T_on = 2 ms)，在室温下10 mM NH₄OAc D₂O溶液中。 (a) 未门控微时间分别在520 nm和850 nm的延迟激发下产生初级和次级荧光响应。另一个微时门(黄色显示)用于构造OADF宏时域跟踪。(b) 微时间门控宏时间产生荧光、发光和OADF时间演化轨迹。配合显示为黑色痕迹。

参考文献

Liisberg, M.; Krause, S.; Cerretani, C.; Vosch, T. Probing Emission of a DNA-Stabilized Silver Nanocluster from the Sub-Nanosecond to Millisecond Timescale in a Single Measurement. Chemical Science 2022, DOI:10.1039/D2SC01137A.