近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件研究部蔣長(zhǎng)龍研究員團(tuán)隊(duì)在可視化熒光檢測(cè)方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒的雙模態(tài)傳感平臺(tái)，結(jié)合熒光和比色法，能夠在復(fù)雜生物樣本中實(shí)現(xiàn)高靈敏度、低檢測(cè)限的膽紅素檢測(cè)。通過(guò)與智能手機(jī)的顏色識(shí)別功能相結(jié)合，該平臺(tái)提供了便捷、快速的臨床檢測(cè)方案。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Analytical Chemistry，為早期黃疸診斷提供了新的技術(shù)途徑。      黃疸是一個(gè)重要的健康問(wèn)題，尤其是在新生兒中。它是新生兒早期死亡的主要原因之一，會(huì)影響 60% 的新生兒。游離膽紅素水平過(guò)高通常表明黃疸的存在。膽紅素是血清素分解代謝過(guò)程中形成的降解產(chǎn)物。在健康個(gè)體中，血液中的游離膽紅素水平一般在 1.7 μM 至 10.2 μM 之間。在黃疸情況下，膽紅素水平異常升高，但如果濃度低于 32 μM ，則不會(huì)在患者中表現(xiàn)出典型的黃疸癥狀。因此，快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)新生兒和黃疸患者血清中的膽紅素十分必要。

上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNPs）由于其出色的消除背景熒光干擾能力，更適合檢測(cè)復(fù)雜生物樣品中的小分子。然而，UCNP 固有的低發(fā)光強(qiáng)度及量子產(chǎn)率限制了其上轉(zhuǎn)換發(fā)射強(qiáng)度，從而限制了它在生物檢測(cè)中的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)具有高發(fā)射強(qiáng)度的 UCNP 熒光探針對(duì)于及時(shí)檢測(cè)游離膽紅素至關(guān)重要。

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)采用鋅離子摻雜策略調(diào)控上轉(zhuǎn)換納米晶的生長(zhǎng)，提高了納米顆粒的能量轉(zhuǎn)移效率，從而實(shí)現(xiàn)了納米粒子的高效高強(qiáng)度上轉(zhuǎn)換發(fā)光。進(jìn)一步通過(guò)將 UCNP與磺基水楊酸和鐵離子結(jié)合形成高效的上轉(zhuǎn)換納米探針，構(gòu)建了用于血清膽紅素檢測(cè)的 980 nm 近紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換視覺(jué)傳感平臺(tái)，可以在膽紅素的存在下觀察到熒光和比色梯度變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膽紅素的精準(zhǔn)檢測(cè)。此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)3D打印技術(shù)構(gòu)建了便攜式傳感平臺(tái)。

研究結(jié)果表明傳感器熒光模式下的檢測(cè)限低至 21.4 nM，可準(zhǔn)確檢測(cè)復(fù)雜生物基質(zhì)中的膽紅素。該研究探索出強(qiáng)烈的上轉(zhuǎn)換發(fā)光發(fā)射，實(shí)現(xiàn)血清膽紅素的高靈敏檢測(cè)，在通過(guò)高靈敏度生物標(biāo)志物檢測(cè)進(jìn)行疾病早期診斷方面具有應(yīng)用潛力。

上述研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.4c05839

圖1. 鋅離子調(diào)控前后上轉(zhuǎn)換納米粒子的晶格、晶相及熒光強(qiáng)度的變化。

圖2. 用于膽紅素檢測(cè)的上轉(zhuǎn)換納米熒光傳感器傳感機(jī)制示意圖。