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鑭系稀土摻雜納米探針材料，助力生物標(biāo)志物分析
近年來，納米材料和納米技術(shù)取得了巨大的進展，大大有利于無機納米顆粒（NPs）作為發(fā)光探針在各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的發(fā)展。特別是這些發(fā)光納米探針被廣泛應(yīng)用于疾病標(biāo)記物等生物標(biāo)記物的敏感分析。然而發(fā)光生物測定技術(shù)主要依賴于傳統(tǒng)的分子探針，如鑭系元素（Ln3+）螯合物或有機染料，其光化學(xué)穩(wěn)定性差、光漂白率低、潛在的長期毒性或背景噪聲高。
圖1 三種鑭系元素?fù)诫s的納米探針的制備流程
相比之下，摻雜Ln3+的NPs具有物理化學(xué)性質(zhì)，包括更好的光穩(wěn)定性、較低的毒性和*的光學(xué)性能，如長光致發(fā)光（PL）壽命、較窄的發(fā)射波段和從紫外到第二近紅外（NIR-II）的可調(diào)光譜范圍，這使它們成為非常理想的發(fā)光納米探針。因此，近年來，Ln3+摻雜發(fā)光納米探針這一領(lǐng)域掀起了巨大的研究熱情。因此，通過采用Ln3+摻雜的NPs，具備長PL壽命的降頻發(fā)光（DSL）、長波長發(fā)射的NIR-II發(fā)光或上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL），實現(xiàn)了高信噪比的無背景發(fā)光生物測定。然而，摻雜Ln3+的納米探針由于低亮度和量子產(chǎn)量，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用上受到極大限制。在過去的十年中，科研人員探索了高效合成的Ln3+摻雜納米探針的方法，用于疾病標(biāo)記物的超靈敏發(fā)光生物測定。
圖2 一些稀土摻雜的納米材料能量轉(zhuǎn)移示意圖
基于上述研究內(nèi)容，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳學(xué)元研究員團隊圍繞高效稀土摻雜納米探針的設(shè)計方法及檢測手段展開了研究討論，總結(jié)了他們最近對開發(fā)無機Ln3+摻雜NPs作為發(fā)光生物測定的敏感納米探針的努力。該文章首先介紹了具有理想光學(xué)性能的稀土摻雜納米顆粒的控制合成方法以及提高發(fā)光效率的調(diào)控手段，發(fā)展了通用的表面生物偶聯(lián)方法以得到生物相容性高的納米探針。
圖3 利用Ln3+摻雜納米探針的無背景生物測定策略綜述
文章首先簡要介紹了一些無機鑭系元素(Ln3+)摻雜納米探針的構(gòu)建方案（圖1），系統(tǒng)地討論了控制合成和光學(xué)操作的策略（圖2）以及利用Ln3+摻雜納米探針進行無背景生物測定的策略（圖3）。
圖4 NaEuF4納米探針的合成及生物測試
在隨后的稀土納米探針檢測技術(shù)的設(shè)計方案中，重點提出了基于稀土離子下轉(zhuǎn)移/上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的三種無背景檢測技術(shù)：時間分辨熒光檢測（圖4）、近紅外二區(qū)熒光檢測（圖5）和上轉(zhuǎn)換熒光檢測（圖6）。
圖5 基于NaCeF4:Er/Yb納米探針的生物測定示意圖
圖6 NaGdF4:Yb/ Er@NaGdF4:Yb納米探針進行細(xì)胞檢測示意圖
最后，文章總結(jié)討論了稀土摻雜納米探針Ln3+摻雜納米探針的開發(fā)進展情況，提出了其對分析病變中的生物分子、跟蹤藥物性能和監(jiān)測術(shù)后復(fù)發(fā)具有重要意義。并且，結(jié)合Ln3+摻雜納米探針發(fā)光分析檢測的實驗條件，闡明了該發(fā)展方向在臨床及市場化應(yīng)用中所面臨的一些機遇和挑戰(zhàn)。
