作为新型多功能生物医学工具的受激辐射表面等离子体放大器

荧光成像和光谱学仍然是具有化学和免疫特异性标记生物分子、病毒、细胞器和复杂生物背景中活细胞的可视化最强大的工具。然而，荧光标记的一个常见缺点是它们的亮度受光学饱和和光漂白的限制。作为替代，等离子体金属纳米颗粒在光声与光热传感、成像和治疗中展现出作为无光漂白且在现实激发强度下光学饱和度低的光学标记的巨大前景。然而，等离子体纳米颗粒具有宽吸收光谱且不荧光，这分别限制了它们的光谱选择性和多功能性。在这里，我们通过体外和体内实验证明，受激辐射表面等离子体放大（spaser）在生物医学研究和应用中提供了前所未有的效率。这得益于强烈的近单色受激发射和强增强吸收的独特组合，且不受光学饱和限制。使用可溶性且生物相容的铀胺染料作为增益介质，围绕金纳米核心作为等离子体谐振器，我们展示了前所未有的spaser受激发射强度（"巨型spasing"）和窄光谱宽度（0.8 nm），分别比量子点（最佳传统荧光纳米探针）好约380倍和30倍。同时，等离子体spaser纳米核心在癌症细胞成像和基于纳米气泡的治疗中充当优异的光声和光热对比剂。这使得spaser成为生物医学研究中最佳的多功能、超对比、低毒性光学探针，特别是在单脉冲激发下。