金属有机骨架材料，或称金属有机框架材料，英语：metal Organic frameworks，缩写：MOF，是新材料在金属有机材料中的一个重要分类，是新无机有机材料中研究最热门的一个领域，因为他们将两门经常被分开的化学学科无机化学和有机化学结合了起来。该材料由有机配体配位的金属原子或原子簇构成一维、二维或三维的结构，可用于气体吸附、气体储存、气体分离、催化剂等领域。

金属有机骨架材料

由浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室所领导的一组研究团队，开发了具有多个段的单晶，以产生受控的单模近红外（NIR）激光。这一研究为探索利用金属有机骨架材料工程技术为生物光子应用构建的单模微/纳米激光器开辟一条新途径。该最新研究成果论文发表在最近一期的《自然》杂志下的“光科学与应用”期刊上。

包含从可见光到近红外的输出范围的多色单模偏振微激光器，在光子集成和多峰化学传感或成像应用中具有重要的应用。但是，在实践中很难实现这种装置。该论文通过研究计算，单晶的多个片段基于与适合绿色、红色和近红外激光的染料分子杂交的金属有机骨架。微晶中不同染料分子的分段组装使它充当缩短的共振器，以低三色激光阈值（红色，绿色和NIR）实现动态的多色单模激光。

具有金属有机框架的多色单模偏振激光感测

多色单模偏振激光感测或成像是一种有前途的诊断技术。不同的生物组织、细胞或生物化学物质对不同波长的光具有不同的光学、热和声响应。具有宽带多色输出的光源可以为多模式或多维感测或成像提供基础。光的偏振特性为处理散射信号提供条件，以获取富含生物材料的结构信息。单模微/纳激光器可以满足小型化光子器件的必要应用；其中包括信息准确性高，避免错误信号以及插入不同光信号的干扰以实现不同细胞和分子的目标感测或成像。

金属有机骨架是由金属离子和有机桥联配体组装而成的周期性晶体材料，可提供强大的混合平台来克服多色微激光器的现有挑战。该种材料的光滑且规则的晶体结构可以有效地充当光学谐振器，以提供光反馈。这项研究工作展示了基于不同染料分子的同时组装，以实现多色单模激光发射。

染料组装的金属有机骨架的合成与表征

金属有机骨架微晶包含各种染料分子，科学家首先使用计算模拟来揭示材料的激光发射模式，以了解可能的激光发射模式机制。结果显示了用于光子集成和生化传感或成像的多色固态微激光器材料的新途径。研究小组控制了金属有机骨架晶体的单向生长，以在结构上组装不同的客体材料/染料分子，并合成了染料组装的分层杂化金属-有机骨架。研究小组对在分层微晶上组装的染色进行了粉末X射线衍射图，与模拟结果非常吻合。

多色荧光和多色激光性能

研究小组比较了染色组装的杂化晶体的光致发光光谱。为此，他们确定了绿色、红色和近红外发射峰，使用多通道共聚焦激光显微镜，展示了具有三种染料的混合单晶如何与入射光和滤光片模块组合以进行分段激发和不同颜色的荧光信号输出。该过程防止了染料组装过程中因聚集而引起的猝灭效应，并有助于将能量从短波长染料分子转移到长波长染料分子，从而实现高效的多波长发射输出。

混合微晶中的扫描激光性能

该团队可以同时激发两个晶体段交界处的材料，以通过实验获得亮绿色/红色或红色/ NIR激光。独特的设置允许在微纳米空间中控制特定颜色或颜色组合的激光，以用于各种生物光子应用。到目前为止，科学家们在具有明显激光偏振的三色混合晶体中实现了三波长单模激光发射。通过对齐这些染料分子的发射跃迁。获得显着的发射各向异性（即荧光团发射的光具有相同的强度）。这种各向异性的多色激光结果对于生物化学传感或成像以及光信号处理应用具有巨大的潜力。

研究团队从而在金属有机骨架微谐振器上的宿主-客体杂化过程中开发了不同染料分子的层次组装。使用该平台，可以实现高达三波长的单模激光发射。分段组件控制微激光器的颜色输出，并解决了不同染料分子之间能量转移的不利影响。三色单模激光工艺以单片结构提供了从可见光到NIR的波长范围，从而简化了开发用于多峰生物光子应用的单模激光结构的过程。

参考：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