AMR科普视频系列: 稀土纳米探针助力疾病检测

作者解读

人们长期以来一直受到各种疾病的困扰，临床研究发现，疾病通常伴随着一些特定生物分子的产生或含量变化，这些生物分子可以作为疾病标志物。及早、准确、灵敏地检测这些标志物，有助于早期诊断、疗效监测和治疗后的追踪。

基于纳米探针的荧光检测是目前常用的生物检测方法，通过在这些纳米材料表面修饰能与标志物结合的抗体或配体分子，可以使探针特异性靶向识别疾病标志物。纳米探针的发光表现与其靶标疾病标志物的浓度密切相关，因此可以通过探针的荧光变化情况对特定生物分子进行定量分析。传统荧光探针主要是稀土螯合物或有机染料，存在光化学稳定性差、背景信号高等弊端，生物检测的灵敏度及准确性受限。

稀土掺杂纳米探针是指将稀土元素掺杂到纳米材料中，利用稀土离子的发光实现检测的纳米材料。不同稀土元素之间可以通过能量转移进行激发光吸收和发射光调控，从而实现信号的传递和放大。此外，稀土掺杂纳米探针还具有较长的寿命、较强的稳定性和较高的信噪比，因此可以提高检测的灵敏度和准确性。然而，为了实现稀土荧光探针的临床应用，亟需突破稀土离子吸收截面低和发光强度弱的瓶颈。

有鉴于此，中国科学院福建物质结构研究所陈学元研究员团队围绕高效稀土掺杂纳米探针的设计策略及检测手段展开了详尽的讨论，在Accounts of Materials Research上发表了题为“Lanthanide-Doped Inorganic Nanoprobes for Luminescent Assays of Biomarkers”的述评文章。该AMR述评文章首先介绍了具有理想光学性能的稀土掺杂纳米颗粒的控制合成方法以及提高发光效率的调控手段，发展了通用的表面生物偶联方法以得到生物相容性高的纳米探针。随后，探讨了面向无背景检测技术的稀土纳米探针的设计策略，重点提出了基于稀土离子独特的下转移/上转换发光特性的三种无背景检测技术：时间分辨荧光检测、近红外二区荧光检测和上转换荧光检测。进一步地，还发展了溶解增强荧光免疫分析和双重激发/发射比率型荧光分析等超灵敏异相/均相检测技术，并具体展现了稀土掺杂纳米探针在疾病标志物检测中的应用效果。最后，结合目前的研究现状，文章总结讨论了稀土掺杂纳米探针在临床及市场化应用中所面临的一些机遇和挑战。

ACCOUNT

Lanthanide-Doped Inorganic Nanoprobes for Luminescent Assays of Biomarkers

Luping Wang ,  Siyuan Han ,  Chenliang Li

,  Datao Tu* , and  Xueyuan Chen*