近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所蔣長龍團(tuán)隊(duì)在上轉(zhuǎn)換納米粒子的結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控方面取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了高發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（LRET）效率與高上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）強(qiáng)度的雙重突破。該研究為開發(fā)超靈敏傳感平臺提供了新方法，相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2025, e18138 )和Analytical Chemistry (Anal. Chem. 2025, DOI: 10.1021/acs.analchem.5c01789)上。

       熒光傳感技術(shù)在食品質(zhì)量控制及疾病輔助診斷等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNPs）中發(fā)光離子均勻摻雜的設(shè)計(jì)導(dǎo)致核心區(qū)離子無法有效淬滅，產(chǎn)生背景信號干擾。早期三明治結(jié)構(gòu)雖通過限制發(fā)光層提升了LRET效率，卻犧牲了發(fā)光中心數(shù)量，從而限制了傳感靈敏度的提高。

       團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新型三明治結(jié)構(gòu)UCNPs（SWUCNPs），其獨(dú)特的NaYbF?:(30%Gd)@NaYbF?:Er(2%)@NaYF?結(jié)構(gòu)顯著提升了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的量子產(chǎn)率與能量轉(zhuǎn)移效率。該設(shè)計(jì)通過內(nèi)核和中殼層高摻雜Yb3?增強(qiáng)了對980 nm激發(fā)光的吸收，外殼層則有效抑制了表面淬滅。與傳統(tǒng)UCNPs結(jié)構(gòu)相比，這種新結(jié)構(gòu)在540 nm和655 nm處的發(fā)光強(qiáng)度分別提高了56倍和117倍。在此基礎(chǔ)上，利用CoOOH修飾的SWUCNPs納米探針實(shí)現(xiàn)了對食品營養(yǎng)品質(zhì)以及人體抗氧化狀態(tài)的有效標(biāo)志物抗壞血酸的高靈敏檢測，檢測限達(dá)到38 nM，優(yōu)于同類探針一個數(shù)量級，為人體營養(yǎng)健康狀態(tài)評估、食品質(zhì)量控制及疾病輔助診斷提供了新方法。

       此外，研究團(tuán)隊(duì)基于上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNPs）的結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控，成功開發(fā)出一種可用于全血中藥濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測的智能傳感平臺。為解決傳統(tǒng)檢測方法在復(fù)雜血液基質(zhì)中信號干擾強(qiáng)、操作繁瑣、無法實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)瓶頸難題，研究人員設(shè)計(jì)構(gòu)筑了NaYF?:Yb,Tm@NaYF?核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，有效抑制了表面淬滅效應(yīng)，顯著提高了上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率和光穩(wěn)定性。通過將對二甲氨基苯甲醛（p-DMAB）和納米顆粒結(jié)合，構(gòu)建出高特異性比率型熒光探針，在無需樣本預(yù)處理的情況下，實(shí)現(xiàn)了對抗結(jié)核藥物異煙肼的快速、高信噪比視覺化檢測。該平臺結(jié)合3D打印封裝、智能手機(jī)成像與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）分析，實(shí)現(xiàn)了熒光信號與藥物濃度的自動精準(zhǔn)映射，為藥物積累引起的肝毒性和神經(jīng)病變個體化監(jiān)測及臨床診斷提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

       上述研究成果突破了高LRET效率與高量子產(chǎn)率難以兼得的瓶頸，為食品安全監(jiān)測、環(huán)境污染物檢測及生物標(biāo)志物分析提供了通用型技術(shù)方案。相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

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圖1.上轉(zhuǎn)換探針結(jié)合智能手機(jī)-CNN分析對全血中異煙肼的超靈敏獨(dú)立檢測

圖2.新型SWUCNPs發(fā)光結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)理圖

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