近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件研究部蔣長龍研究員團隊在可視化熒光檢測方面取得新進展。該團隊設(shè)計了一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒的雙模態(tài)傳感平臺，結(jié)合熒光和比色法，能夠在復(fù)雜生物樣本中實現(xiàn)高靈敏度、低檢測限的膽紅素檢測。通過與智能手機的顏色識別功能相結(jié)合，該平臺提供了便捷、快速的臨床檢測方案。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。

黃疸是一個重要的健康問題，尤其是在新生兒中。它是新生兒早期死亡的主要原因之一，會影響 60% 的新生兒。游離膽紅素水平過高通常表明黃疸的存在。膽紅素是血清素分解代謝過程中形成的降解產(chǎn)物。在健康個體中，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，則不會在患者中表現(xiàn)出典型的黃疸癥狀。因此，快速、準確地檢測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，更適合檢測復(fù)雜生物樣品中的小分子。然而，UCNP 固有的低發(fā)光強度及量子產(chǎn)率限制了其上轉(zhuǎn)換發(fā)射強度，從而限制了它在生物檢測中的應(yīng)用。因此，開發(fā)具有高發(fā)射強度的 UCNP 熒光探針對于及時檢測游離膽紅素至關(guān)重要。

鑒于此，研究團隊采用鋅離子摻雜策略調(diào)控上轉(zhuǎn)換納米晶的生長，提高了納米顆粒的能量轉(zhuǎn)移效率，從而實現(xiàn)了納米粒子的高效高強度上轉(zhuǎn)換發(fā)光。進一步通過將 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的 980 nm 近紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換視覺傳感平臺，可以在膽紅素的存在下觀察到熒光和比色梯度變化，從而實現(xiàn)對膽紅素的精準檢測。此外，研究團隊還通過3D打印技術(shù)構(gòu)建了便攜式傳感平臺。

研究結(jié)果表明傳感器熒光模式下的檢測限低至 21.4 nM，可準確檢測復(fù)雜生物基質(zhì)中的膽紅素。該研究探索出強烈的上轉(zhuǎn)換發(fā)光發(fā)射，實現(xiàn)血清膽紅素的高靈敏檢測，在通過高靈敏度生物標志物檢測進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家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省重點研發(fā)計劃、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、晶相及熒光強度的變化。

圖2. 用于膽紅素檢測的上轉(zhuǎn)換納米熒光傳感器傳感機制示意圖。