2024年8月28日，Nature旗下光学领域顶级期刊Light: Science & Applications（IF=20.6）在线发表了华南农业大学材料与能源学院雷炳富教授课题组标题为Delivery of luminescent particles to plants for information encoding and storage的最新研究论文。文章创新型的介绍了由H3PO4封装的铝酸锶颗粒作为发光标签，能够在植物生长过程中嵌入植物内部进行信息编码和存储的实践性应用。
长余辉材料展现出持久的发光性和高信噪比特性，使它们成为具有新功能属性的创新发光植物标签的有前景的候选材料。在众多发光材料中，SrAl2O4:Eu2+,Dy3+(SAO)作为一种领先的长余辉材料脱颖而出，以其强烈且长寿命的余辉发光以及出色的紫外线抗性而闻名。尽管已有大量研究集中在稀土离子掺杂的锶铝酸盐材料和性能提升上，但SAO的耐水性差仍是限制其实际应用的关键挑战。水的强极性使得SAO容易受到水解的影响，因此需要有效的封装方法来保护其相结构。虽然已经探索了各种封装措施，如SiO2、TiO2、MgF2和聚合物封装层，但许多措施牺牲了发光性能，阻碍了材料的应用潜力。因此，探索既能增强耐水性又能提高发光性能的封装技术对于确立SAO作为构建植物标签的优异发光材料至关重要。
H3PO4的封装赋予了SrAl2O4:Eu2+,Dy3+(SAO)稳定性和更强的发光能力。利用SAO@H3PO4作为低损伤发光标签，研究人员通过微针贴片将其输送到植物体内。嵌入植物体内的SAO@H3PO4显示出持续且无变化的高信噪比余辉发射，27天内发光强度保持在原来的78% 左右。为了满足不同的信息记录需求，研究人员设计了各种几何形状的微针贴片来装载SAO@H3PO4，通过设计的程序可以准确识别不同形状的发光信号，并可以方便地在计算机上查看相应的信息。此外，受二进制信息概念的启发，还创建了发光点和非发光点特定排列的微针贴片，从而在叶片上形成了不同的发光微针贴片阵列。先进的照相系统配合量身定制的程序，能准确识别标签并将其映射到相应的记录信息中。这些发现展示了植物体内低损伤发光标签的潜力，为方便、广泛地存储植物生长信息铺平了道路。
图注：封装了SAO@H3PO4的微针贴片的特性。
a SAO@H3PO4-封装微针贴片的制备过程示意图。b 分别在白光和365nm灯下放大20倍的 SAO@H3PO4封装微针贴片的电子图像、 c 载有SAO@H3PO4的微针贴片的扫描电镜图像。d 在365nm灯下放大到×60倍的SAO@H3PO4封装微针贴片单个尖端的电子图像。e 去除 365nm激发后，每隔24秒记录一次SAO@H3PO4封装微针贴片的磷光图像。f SAO@H3PO4封装玻尿酸钠基质的释放曲线。g SAO@H3PO4封装微针贴片的压缩曲线。
图注：SAO@H3PO4封装微针贴片注射前后的特征。
a 分别为注入SAO@H3PO4封装微针贴片前后叶片在白光和365 nm紫外灯下的数码照片；SAO@H3PO4封装微针贴片注入前(b)和注入后(c)的扫描电镜图像；SAO@H3PO4封装微针贴片和带有SAO@H3PO4标签的叶片的荧光(d)和磷光(e)光谱；f SAO(红线)、SAO@H3PO4(蓝线)、SAO@H3PO4封装微针贴片(绿线)和带有SAO@H3PO4标签的叶片(橙线)的磷光衰减曲线。
图注：注射后植物的生理特征。
a 注射后14天内叶片的数码照片。b 注射SAO@H3PO4和未处理叶片在14天内的光合效率并未显示出差异；注射后的豆芽在365nm紫外线照射下的纵向(c和d)和横截面(e和f)图像；施用SAO@H3PO4和RhB后(g)以及在白光和365nm光下继续培养18小时后(h)的植物图像。i 与SAO@H3PO4和RhB共同培养18小时的豆芽纵向图像。
图注：植物标签对叶片进行信息编码和存储。
本研究中，对照叶片和经SAO@H3PO4封装微针贴片处理的叶片光合生理参数通过便携式调制叶绿素荧光仪PAM-2500完成，具体用到的参数如下：
历尽三伏热，天凉好个秋。
