福建物構所稀土上轉換熒光生物標記材料研究取得新進展

與傳統的分子熒光標記材料（如熒光染料）相比，稀土上轉換納米發光材料不僅化學穩定性高、熒光壽命長、潛在生物毒性低，而且由於采用近紅外光源激發具有較大的光穿透深度、無生物組織自熒光以及對生物組織幾乎無損傷等顯著優點，在熒光生物檢測和成像等領域具有重要的應用前景。目前上轉換納米熒光標記材料發展的瓶頸問題是其量子產率低。提高上轉換發光效率、探索新型高效的上轉換納米熒光標記材料一直是人們關注的焦點與努力的目標，也是該類材料能否獲得實際應用的關鍵。

在國家自然科學基金傑出青年和促進海峽兩岸科技合作聯合基金、科技部“863”計劃和重大科學儀器開發項目、中國科學院戰略性先導科技專項等支持下，中國科學院福建物質結構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組和結構化學國家重點實驗室黃明東研究小組合作，首次采用熱分解的方法，通過高溫前驅體注射包覆合成了發光性能優良的LiLuF4:Ln3+核殼結構上轉換納米晶。多層核殼包覆顯著提高了納米晶的上轉換發光效率，其中Er3+和Tm3+的絕對量子產率分別達到5.0%和7.6%，為目前已報道單分散稀土摻雜上轉換納米晶的最高值。特別地，該納米晶經表面修飾後可作為上轉換熒光探針實現對疾病標志物的高靈敏特異性檢測。例如，上轉換異相檢測人絨毛膜促性腺激素 β 亞單位（β-hCG，一種重要的腫瘤標志物）的檢測限達到3.8 ng/mL，與正常人血清中β-hCG的水平相當。此外，該團隊通過概念性驗證實驗，表明LiLuF4納米探針是一種多功能生物標記，可用於多模態生物成像如計算機斷層掃描（CT）成像和腫瘤細胞的上轉換熒光靶向成像。相關研究成果近期以卷首插畫（Frontispiece）的形式發表在《德國應用化學》雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252-1257），並被選為熱點論文。

此前，陳學元研究小組在基於稀土納米熒光探針的腫瘤標志物檢測方面取得了相關研究進展（Coord. Chem. Rev., 2014,DOI: 10.1016/j.ccr.2013.11.017; Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6924）。例如利用超小CaF2:Ce3+/Tb3+納米熒光探針實現對一種人體腫瘤標志物可溶性尿激酶受體（suPAR）的時間分辨熒光共振能量傳遞（TR-FRET）檢測（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671）。


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