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关于2019年度国家科学技术奖申报项目“稀土纳米发光材料：电子结构、光学性能及生物应用”的公示

更新日期：2019-01-09

根据《国家科学技术奖励工作办公室关于2019年度国家科学技术奖提名工作的通知》（国科奖字〔2018〕41号）的规定和要求，现将中科院福建物质结构研究所拟申报2019年度国家科学技术奖项目“稀土纳米发光材料：电子结构、光学性能及生物应用”予以公示，任何单位和个人若对拟申报的项目有异议，可在公示之日起7个自然日内以书面形式向所科学技术处提出。异议应当签署真实姓名或加盖单位公章，并提供必要的证据材料，以便于核实查证，匿名及逾期异议不予受理。

联系人：陈白泉

联系电话：86-0591-63173796

联系地址：福建省福州市杨桥西路155号

中科院福建物质结构研究所科学技术处

邮编：350002

科学技术处

2019-1-9

附件：

公示内容

一、项目名称

稀土纳米发光材料：电子结构、光学性能及生物应用

二、提名者

中国科协

三、提名意见

项目“稀土纳米发光材料：电子结构、光学性能及生物应用”依托自主研制的光化学与光物理测试研究平台，致力于稀土发光材料电子结构与性能研究。近年来在稀土纳米发光材料控制合成、电子结构和激发态动力学、光学性能及应用等方面取得了重要成果，例如，首次揭示在稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象；实现Eu³⁺在水溶性NaGdF₄纳米晶的上转换/下转移双模荧光，提出利用稀土纳米荧光标记实现肿瘤标志物的时间分辨/上转换发光异相和均相检测，被美国C&EN和JACS聚光灯专栏评述。

8篇代表性论文在《先进材料》、《美国化学会志》和《德国应用化学》等国际著名期刊发表，SCI他引共计1509次，7篇入选化学或材料领域ESI高被引论文；系列研究成果分别入选年度中国光学重要成果（2010，2011，2014）和福建省自然科学优秀学术论文一等奖（2012，2014）；成果受到国内外同行的广泛关注和高度评价，具有重要的科学意义。项目相关内容曾获2018年度中国稀土科学技术奖基础研究类一等奖。

提名该项目为国家自然科学奖二等奖。

四、项目简介

稀土离子是一类性能优异的结构和光谱探针，在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学，对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域。该项目致力于稀土发光材料电子结构与性能研究，设计研制低温高分辨激光光谱仪和上转换量子产率测试仪等，依托自主研制的综合指标国际领先的光化学与光物理测试平台，在稀土纳米发光材料的控制合成、电子结构、光学性能及生物应用等方面取得了系列重要科学发现：

稀土纳米发光材料的电子结构和激发态动力学：以稀土离子为结构探针，通过低温高分辨荧光光谱揭示了在稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象。
稀土纳米发光材料的光学性能：针对Eu³⁺因能级结构限制无法实现高效上转换的科学难题，利用核壳结构设计和镱/铥双敏化策略首次实现Eu³⁺在NaGdF₄纳米晶的高效上转换/下转移双模荧光，论文入选2010中国光学重要成果。
稀土纳米发光材料的生物医学应用：研制基于稀土氟化物和氧化物纳米探针的新一代荧光生物标记材料，并成功用于生物分子尤其是肿瘤标志物的异相和均相检测，其中超小ZrO₂基稀土荧光生物探针的研制被美国C&EN和JACS Spotlights专栏评述。发展了基于KGdF₄:Ln³⁺纳米探针的光/磁双模生物标记方法，实现TR-FRET生物检测和MRI成像。建立基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析方法，该方法比目前最灵敏的商用镧系解离增强荧光免疫分析试剂盒灵敏度提高了近3个数量级，相关国际专利已进入欧美日等国。

上述科学发现分别发表在《先进材料》、《美国化学会志》和《德国应用化学》等国际权威期刊；8篇代表性论文SCI他引共计1509次，单篇最高他引385次，7篇入选化学或材料领域ESI高被引论文；研究成果多次被专栏评述或被《化学会评论》等综述期刊论文大幅正面评价。系列研究成果分别入选年度中国光学重要成果（2010，2011，2014）和福建省自然科学优秀学术论文一等奖（2012，2014）;在第17届固体激发态动力学等国际学术会议做大会主旨报告15次；应邀出版Springer专著1部，撰写英文专章2篇；项目第一完成人入选2014、2017英国皇家化学会Top 1%高被引中国作者，并入选国家百千万人才工程和国家“万人计划”科技创新领军人才；项目期间获得国家杰出青年科学基金资助。项目相关内容曾获2018年度中国稀土科学技术奖基础研究类一等奖。

五、客观评价

项目组依托自主研制的光化学与光物理测试研究平台，不仅在稀土发光材料电子结构与性能研究中发现了许多新颖的光学性能，而且与国内外众多课题组开展了卓有成效的合作，这些基础仪器的研制有力地提升了我国在光谱和光电子学领域的影响力。8篇代表性论文分别发表在《先进材料》、《美国化学会志》和《德国应用化学》等国际权威期刊；SCI他引共计1509次，单篇最高他引385次，7篇入选化学或材料领域ESI高被引论文。系列研究成果分别入选年度中国光学重要成果（2010，2011，2014）（证明材料1、2、3）和福建省自然科学优秀学术论文一等奖（2012，2014）（证明材料4、5）;在第17届固体激发态动力学等国际学术会议做大会主旨报告15次；应邀出版Springer专著1部（证明材料6），撰写英文专章2篇；项目第一完成人入选2014、2017英国皇家化学会Top 1%高被引作者（证明材料7、8），受邀担任发光学领域国际知名期刊J. Lumin.主编（证明材料9），并入选国家百千万人才工程和国家“万人计划”科技创新领军人才（证明材料10、11）；项目相关内容曾获2018年度中国稀土科学技术奖基础研究类一等奖（证明材料14）。

1．对重要科学发现1的评价

在稀土纳米发光材料的电子结构和激发态动力学方面，稀土掺杂无序晶体中结晶学位置对称性破缺研究（代表性论文5）入选化学领域ESI高被引论文，并被美国阿贡国家实验室Guokui Liu和比利时鲁汶大学Binnemans小组在《化学会评论》等综述正面引用和评述，高度评价“利用基质材料中稀土离子的局域位置对称性破缺是发展高效上转换发光材料的一个有效方法”（图1，引文5）。

图1、（左）代表性论文5被美国Guokui Liu在《化学会评论》上的正面引用；（中）代表性论文1被新加坡Xiaogang Liu在《德国应用化学》上的评述；（右）代表性论文6被美国Paras N. Prasad在《化学学会评论》综述中大幅正面引用。

2．对重要科学发现2的评价

在稀土纳米发光材料的光学性能研究方面，上转换/下转移双模荧光标记材料研究（代表性论文1）入选“2010中国光学重要成果”和材料领域ESI高被引论文（他引385次），获得2012年福建省自然科学优秀学术论文一等奖（证明材料5）；国立新加坡大学XiaogangLiu教授在他们的综述中高度评价该工作，认为NaGdF₄:Yb/Tm@NaGdF₄:Eu核壳结构的设计是实现高效铕离子双模式发光的有效途径；在此基础上，他们进一步提出了能量迁移上转换的新途径（图1，引文1）。

3．对重要科学发现3的评价

在稀土纳米发光材料的生物医学应用方面，稀土氟化物基TR-FRET荧光生物探针研究（代表性论文2）入选化学领域ESI高被引论文（他引205次）；意大利分析化学知名专家Zamborini教授在他们的综述中大篇幅引用，认为是第一例基于稀土无机纳米晶NaYF₄的TR-FRET均相检测（图2）；欧洲上转换研究联盟主席德国Gorris教授也高度评价项目组的工作可以提供一种基于稀土荧光寿命的新光学编码方式（图2，引文2）；稀土氟化物基光/磁双模纳米探针研究（代表性论文3）入选化学领域ESI高被引论文（他引246次）和2012年最热门中国研究论文50强（证明材料12）；超小ZrO₂基稀土荧光探针研究（代表性论文4）入选化学领域ESI高被引论文，并被美国C&EN和JACS Spotlights分别以“微小强发光纳米颗粒检测疾病标志物”和“镧系掺杂氧化锆纳米荧光生物探针”为题专栏评述（图2）。基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析所研制的新型试剂盒已实现对人血清肿瘤标志物CEA、PSA和AFP等的高灵敏特异性检测（代表性论文7），相关技术已获中国发明专利，PCT国际专利已进入欧美日等国；欧洲稀土和锕系元素学会主席Jean-Claude G. Bünzli教授对该工作进行了高度评价，指出“稀土纳米探针替代分子探针稀土螯合物，检测灵敏度可提升2-3个数量级”（引文7）。

图2、（左）代表性论文2被意大利Zamborini和德国Gorris小组在《德国应用化学》等综述大篇幅正面引用；（右）代表性论文4被美国C&EN和JACS Spotlights专栏评述。

此外，稀土上转换荧光探针的异相生物检测研究（代表性论文6）入选《德国应用化学》热点论文（证明材料13）、卷首插画和化学领域ESI高被引论文（他引200次）；美国光学会会士、纽约州立大学布法罗分校Paras N. Prasad教授在《化学会评论》综述中高度评价了多壳层包覆提高稀土上转换纳米晶量子产率的策略，认为“通过该策略合成的纳米晶其上转换量子产率有望超过块材”（图1，引文6）；稀土上转换纳米荧光探针电子结构、光学性能和生物应用进展评论（代表性论文8）被选为《化学会评论》内封面和化学领域ESI高被引论文（他引288次）。

六、代表性论文专著目录

序号	论文专著名称/刊名 /作者	影响因子	年卷页码（xx年xx卷 xx页）	发表时间（年月日）	通讯作者（含共同）	第一作者（含共同）	国内作者	SCI 他引次数	他引总次数	论文署名单位是否包含国外单位
1	A Strategy to Achieve Efficient Dual-Mode Luminescence of Eu³⁺in Lanthanides Doped Multifunctional NaGdF₄Nanocrystals /Adv. Mater./ Yongsheng Liu, Datao Tu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Wenqin Luo, Xueyuan Chen	21.950	2010, 22, 3266	2010年06月08日	Xueyuan Chen	Yongsheng Liu	刘永升，涂大涛，朱浩淼，李仁富，罗文钦，陈学元	385	385	否
2	Time-Resolved FRET Biosensor Based on Amine-Functionalized Lanthanide-Doped NaYF₄Nanocrystals /Angew. Chem. Int. Ed. / Datao Tu, Liqin Liu, Qiang Ju, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Xueyuan Chen	12.102	2011, 50, 6306	2011年05月24日	Xueyuan Chen	Datao Tu,	涂大涛，刘丽琴，鞠强，刘永升，朱浩淼，李仁富，陈学元	205	205	否
3	Amine-Functionalized Lanthanide-Doped KGdF₄Nanocrystals as Potential Optical/Magnetic Multimodal Bioprobes /J. Am. Chem. Soc./ Qiang Ju, Datao Tu, Yongsheng Liu, Renfu Li, Haomiao Zhu, Jincan Chen, Zhuo Chen, Mingdong Huang, Xueyuan Chen	14.357	2012, 134, 1323	2011年12月06日	Xueyuan Chen	Qiang Ju	鞠强，涂大涛，刘永升，李仁富，朱浩淼，陈锦灿，陈卓，黄明东，陈学元	246	246	否
4	Amine-Functionalized Lanthanide-Doped Zirconia Nanoparticles: Optical Spectroscopy, Time-Resolved Fluorescence Resonance Energy Transfer Biodetection and Targeted Imaging /J. Am. Chem. Soc./ Yongsheng Liu, Shanyong Zhou, Datao Tu, Zhuo Chen, Mingdong Huang, Haomiao Zhu, En Ma, Xueyuan Chen	14.357	2012, 134, 15083	2012年08月22日	Xueyuan Chen	Yongsheng Liu	刘永升，周山勇，涂大涛，陈卓，黄明东，朱浩淼，马恩，陈学元	116	116	否
5	Breakdown of Crystallographic Site Symmetry in Lanthanide-Doped NaYF₄Crystals /Angew. Chem. Int. Ed. / Datao Tu, Yongsheng Liu, Haomiao Zhu, Renfu Li, Liqin Liu, Xueyuan Chen	12.102	2013, 52, 1128	2012年12月06日	Xueyuan Chen	Datao Tu	涂大涛，刘永升，朱浩淼，李仁富，刘丽琴，陈学元	107	107	否
6	Lanthanide-Doped LiLuF₄Upconversion Nanoprobes for the Detection of Disease Biomarkers /Angew. Chem. Int. Ed. / Ping Huang, Wei Zheng, Shanyong Zhou, Datao Tu, Zhuo Chen, Haomiao Zhu, Renfu Li, En Ma, Mingdong Huang, Xueyuan Chen	12.102	2014, 53, 1252	2014年01月16日	Xueyuan Chen	Ping Huang	黄萍，郑伟，周山勇，涂大涛，陈卓，朱浩淼，李仁富，马恩，黄明东，陈学元	200	200	否
7	Dissolution-Enhanced Luminescent Bioassay Based on Inorganic Lanthanide Nanoparticles /Angew. Chem. Int. Ed./ Shanyong Zhou, Wei Zheng, Zhuo Chen, Datao Tu, Yongsheng Liu, En Ma, Renfu Li, Haomiao Zhu, Mingdong Huang, Xueyuan Chen	12.102	2014, 53, 12498	2014年08月11日	Mingdong Huang,Xueyuan Chen	Shanyong Zhou	周山勇，郑伟，陈卓，涂大涛，刘永升，马恩，李仁富，朱浩淼，黄明东，陈学元	22	22	否
8	Lanthanide-Doped Upconversion Nano-Bioprobes: Electronic Structures, Optical Properties, and Biodetection /Chem.Soc. Rev./ Wei Zheng, Ping Huang, Datao Tu, En Ma, Haomiao Zhu, Xueyuan Chen	40.182	2015, 44,1379	2015年03月10日	Xueyuan Chen	Wei Zheng	郑伟，黄萍，涂大涛，马恩，朱浩淼，陈学元	288	288	否
合计								1509	1509

七、主要完成人情况

姓名	排名	职务/职称	工作单位/完成单位	对本项目技术创造性贡献
陈学元	第一	研究员	中国科学院福建物质结构研究所	项目负责人，也是项目整体设计者和指导者，在项目实施过程中主要承担项目设计、基金申请、实验指导、数据分析、研究结果总结、论文写作与修改等方面的工作，是8篇代表性论文的通讯作者。在稀土纳米发光材料：电子结构、光学性能及生物应用研究中发挥重要引领作用。
刘永升	第二	研究员	中国科学院福建物质结构研究所	参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作。是代表性论文1、4的第一作者，也是代表性论文2、3、5、7的作者。对重要科学发现2“稀土纳米发光材料的光学性能”和3A“基于稀土纳米荧光探针的均相TR-FRET生物检测技术”做出创造性贡献。
涂大涛	第三	副研究员	中国科学院福建物质结构研究所	参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文2、5的第一作者，也是代表性论文1、3、4、6、7、8的作者。对重要科学发现1“稀土纳米发光材料的电子结构和激发态动力学”和3A“基于稀土纳米荧光探针的均相TR-FRET生物检测技术”做出创造性贡献。
郑伟	第四	副研究员	中国科学院福建物质结构研究所	参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文8的第一作者，代表性论文6、7的第二作者。对重要科学发现1“稀土纳米发光材料的电子结构和激发态动力学”、3A“基于稀土纳米荧光探针的均相TR-FRET生物检测技术”和3B“基于稀土纳米荧光探针的异相生物检测技术”做出创造性贡献。
朱浩淼	第五	研究员	中国科学院福建物质结构研究所	参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文1和5的第3作者，也是代表性论文2、3、4、6、7、8的作者。作为稀土光化学与光物理测试平台的研制骨干，对本项目重要科学发现1“稀土纳米发光材料的电子结构和激发态动力学”和2“稀土纳米发光材料的光学性能”做出了重要贡献。

八、完成人合作关系说明

第一完成人陈学元为项目负责人，也是项目整体设计者和指导者，在项目实施过程中主要承担项目设计、基金申请、实验指导、数据分析、研究结果总结、论文写作与修改等方面的工作，是8篇代表性论文的通讯作者。与第二完成人刘永升、第三完成人涂大涛、第四完成人郑伟为师生关系，并且是第二～第五完成人在中国科学院福建物质结构研究所工作所在课题组的组长。

第二完成人刘永升2007-2010年为陈学元的研究生，2010-2015年为陈学元课题组工作人员。参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作。是代表性论文1、4的第一作者，也是代表性论文2、3、5、7的作者。

第三完成人涂大涛2007-2011年为陈学元的研究生，2011-2015年为陈学元课题组工作人员。参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文2、5的第一作者，也是代表性论文1、3、4、6、7、8的作者。

第四完成人郑伟2008-2012年为陈学元的研究生，2012-2015年为陈学元课题组工作人员。参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文8的第一作者，代表性论文6、7的第二作者。

第五完成人朱浩淼2008-2015年为陈学元课题组工作人员。参与实验设计、数据分析、研究结果总结和论文写作等方面工作，是代表性论文1、2、3、4、5、6、7、8的作者。