金屬有機骨架材料，或稱金屬有機框架材料，英語：metal Organic frameworks，縮寫(xie) ：MOF，是新材料在金屬有機材料中的一個(ge) 重要分類，是新無機有機材料中研究最熱門的一個(ge) 領域，因為(wei) 他們(men) 將兩(liang) 門經常被分開的化學學科無機化學和有機化學結合了起來。該材料由有機配體(ti) 配位的金屬原子或原子簇構成一維、二維或三維的結構，可用於(yu) 氣體(ti) 吸附、氣體(ti) 儲(chu) 存、氣體(ti) 分離、催化劑等領域。

金屬有機骨架材料

由浙江大學材料科學與(yu) 工程學院矽材料國家重點實驗室所領導的一組研究團隊，開發了具有多個(ge) 段的單晶，以產(chan) 生受控的單模近紅外（NIR）激光。這一研究為(wei) 探索利用金屬有機骨架材料工程技術為(wei) 生物光子應用構建的單模微/納米激光器開辟一條新途徑。該最新研究成果論文發表在最近一期的《自然》雜誌下的“光科學與(yu) 應用”期刊上。

包含從(cong) 可見光到近紅外的輸出範圍的多色單模偏振微激光器，在光子集成和多峰化學傳(chuan) 感或成像應用中具有重要的應用。但是，在實踐中很難實現這種裝置。該論文通過研究計算，單晶的多個(ge) 片段基於(yu) 與(yu) 適合綠色、紅色和近紅外激光的染料分子雜交的金屬有機骨架。微晶中不同染料分子的分段組裝使它充當縮短的共振器，以低三色激光閾值（紅色，綠色和NIR）實現動態的多色單模激光。

具有金屬有機框架的多色單模偏振激光感測

多色單模偏振激光感測或成像是一種有前途的診斷技術。不同的生物組織、細胞或生物化學物質對不同波長的光具有不同的光學、熱和聲響應。具有寬帶多色輸出的光源可以為(wei) 多模式或多維感測或成像提供基礎。光的偏振特性為(wei) 處理散射信號提供條件，以獲取富含生物材料的結構信息。單模微/納激光器可以滿足小型化光子器件的必要應用；其中包括信息準確性高，避免錯誤信號以及插入不同光信號的幹擾以實現不同細胞和分子的目標感測或成像。

金屬有機骨架是由金屬離子和有機橋聯配體(ti) 組裝而成的周期性晶體(ti) 材料，可提供強大的混合平台來克服多色微激光器的現有挑戰。該種材料的光滑且規則的晶體(ti) 結構可以有效地充當光學諧振器，以提供光反饋。這項研究工作展示了基於(yu) 不同染料分子的同時組裝，以實現多色單模激光發射。

染料組裝的金屬有機骨架的合成與(yu) 表征

金屬有機骨架微晶包含各種染料分子，科學家首先使用計算模擬來揭示材料的激光發射模式，以了解可能的激光發射模式機製。結果顯示了用於(yu) 光子集成和生化傳(chuan) 感或成像的多色固態微激光器材料的新途徑。研究小組控製了金屬有機骨架晶體(ti) 的單向生長，以在結構上組裝不同的客體(ti) 材料/染料分子，並合成了染料組裝的分層雜化金屬-有機骨架。研究小組對在分層微晶上組裝的染色進行了粉末X射線衍射圖，與(yu) 模擬結果非常吻合。

多色熒光和多色激光性能

研究小組比較了染色組裝的雜化晶體(ti) 的光致發光光譜。為(wei) 此，他們(men) 確定了綠色、紅色和近紅外發射峰，使用多通道共聚焦激光顯微鏡，展示了具有三種染料的混合單晶如何與(yu) 入射光和濾光片模塊組合以進行分段激發和不同顏色的熒光信號輸出。該過程防止了染料組裝過程中因聚集而引起的猝滅效應，並有助於(yu) 將能量從(cong) 短波長染料分子轉移到長波長染料分子，從(cong) 而實現高效的多波長發射輸出。

混合微晶中的掃描激光性能

該團隊可以同時激發兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 段交界處的材料，以通過實驗獲得亮綠色/紅色或紅色/ NIR激光。獨特的設置允許在微納米空間中控製特定顏色或顏色組合的激光，以用於(yu) 各種生物光子應用。到目前為(wei) 止，科學家們(men) 在具有明顯激光偏振的三色混合晶體(ti) 中實現了三波長單模激光發射。通過對齊這些染料分子的發射躍遷。獲得顯著的發射各向異性（即熒光團發射的光具有相同的強度）。這種各向異性的多色激光結果對於(yu) 生物化學傳(chuan) 感或成像以及光信號處理應用具有巨大的潛力。

研究團隊從(cong) 而在金屬有機骨架微諧振器上的宿主-客體(ti) 雜化過程中開發了不同染料分子的層次組裝。使用該平台，可以實現高達三波長的單模激光發射。分段組件控製微激光器的顏色輸出，並解決(jue) 了不同染料分子之間能量轉移的不利影響。三色單模激光工藝以單片結構提供了從(cong) 可見光到NIR的波長範圍，從(cong) 而簡化了開發用於(yu) 多峰生物光子應用的單模激光結構的過程。

參考：Huajun He et al. Controllable broadband multicolour single-mode polarized laser in a dye-assembled homoepitaxial MOF microcrystal,Light: Science & Applications. DOI: 10.1038/s41377-020-00376-7