稀土上转换发光纳米材料在生化分析中的应用
摘 要 上转换纳米材料是一类通过多光子机制将近红外光转换成短波辐射的稀土掺杂无机发光材料。本文介绍了上转换材料的发光机制、制备方法以及性能优点，重点概述了近年来稀土上转换发光纳米材料在生物标记、生物监测、生物成像以及疾病诊病与治疗等生化分析领域的应用。
关键词 稀土上转换发光材料 生化 分析 分子 细胞
中图分类号：O614 文献标识码：A
1前言
上转换纳米材料是一类比较特殊的稀土掺杂无机发光材料，它可以通过多光子机制将近红外光转换成短波辐射，发射出紫外或者可见光，即反斯托克斯发光。目前，上转换发光的实现主要是通过在氟化物、氧化物、氟氧化物等基质中双掺Yb3+-Er3+、Yb3+-Tm3+、Yb3+-Ho3+等稀土离子组合。不同稀土离子上转换发光过程是不尽相同的，把上转换发光机制主要分为以下六种：（1）能量传递上转换机制；（2）激发态吸收上转换机；（3）协同敏化上转换机制；（4）协同发光上转换机制；（5）双光子吸收上转换机制；（6）光子雪崩上转换机制。
许多纳米材料的制备方法均可应用于上转换发光材料的制备。目前上转换发光材料的主要制备方法有沉淀法、热分解法、水热/溶剂热法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法、微乳液法、气相沉积法等等。上转换发光纳米材料有如下诸多优点：（1）化学稳定性良好，发光过程几乎不受温度、湿度、pH等的影响；（2）光化学稳定性好，且不易被光解；（3）激发波长一般是近红外或红外光，在生物体系中大部分干扰物不会被激发，降低了背景，提高了灵敏度；（4）具备大的激发光组织穿透深度，在高效激发同时避免了对生物体组织的损伤；（5）生物相容性好，毒副作用小；（6）有多个发射峰而且发射谱带窄，有利于进行多重标记；（7）荧光寿命长，可以利用时间分辨荧光等分析技术提高灵敏度；（8）上转换纳米材料是稀土掺杂材料，价格低廉；（9）发光波长可调。上转换发光纳米材料的缺点是需要近红外激光器激发，检测设备成本高；上转换发光荧光量子产率低；制备小粒径上转换发光材料还存在困难。
2 基于上转换发光生化分析
Zijlmans等人在1999年首次利用上转换荧光材料实现了人类前列腺组织中特异性抗原的检测。2015年武汉大学袁荃课题组将核酸适配体与上转换纳米材料相结合，利用分子识别引入了一种检测潜指纹的新方法。通过核酸适配体高效地与指纹中溶菌酶特异性结合并在近红外光的激发下发出可见光，指纹图像清晰呈现并被配有微焦镜头...
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