上转换纳米颗粒

锐，在受体发射谱波长范围内没有探测到
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供体的发射光
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3.2均相检测
Analyst, 2009, 134, 1713–1716
一旦“三明治化合物”杂交形成，供体的540nm和653nm的发射 就会分别被AF546和AF700吸收。通过测量不同探针对应的不同发射 波长（分别是573nm和723nm）的强度，两种不同的目标核苷酸序 列就可被同时检测
以其独特的光频“上转换”能力，在 生物领域具有重要的应用价值
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1 简介
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上转换发光材料 Vs 传统发光材料
作为生物成像造影剂
有机荧光染料
量子点
宽发射谱 光漂白
消光系数大 高量子产率 窄发射带宽 发光易调控 高光学稳定性
Biomaterials,2010, 31, 3287–3295
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3 灵敏检测中的“发光信使”
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3.1非均相检测
（a）竞争检测
目标浓度与磷光强度 呈负相关
（b）非竞争检测
目标浓度与磷光强度 呈正相关
UC纳米颗粒非均相检测模型示意图
毒性强 闪烁发光
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上转换纳米颗粒
发射峰窄 发光易调控 光学稳定性好 寿命长 毒性低 NIR激发得到可见光
对组织损伤小 NIR组织穿透性强 降低本底辐射干扰
量子产率低
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内容概要
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3.2均相检测
Angew. Chem., Int. Ed., 2008, 47, 3811–3813
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“上转换”现象
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“上转换”现象
上转换是指把两个或多个低能量泵浦光子转换为一个高 能输出光子的非线性光学过程
最早发现于上世纪六十年代中期（因量子产率极低且当 时没有高能激发光源未引起注意；之后激光器的广泛使用 引起上转换研究的热潮）
2 UCNPs的性质
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2.1组成及晶体结构
上转换纳米颗粒：无机基质+稀土掺杂离子
掺杂离子：发光中心+敏化剂
发光中心：Er3+ Ho3+ Tm3（+ 常用）
（均匀分立的能级+较长的亚稳态寿命）
敏化剂： Yb3+
（对激发光吸收能力较强，将能量传给发光中心）
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3.1非均相检测
Chem. Commun., 2006, 2557–2559
该实验利用小于50nm的（Na。Y。F4。:Yb。/E）r 颗粒实现了对DNA分子的“三明 治杂交”红外检测。通过与磁性纳米颗粒的分离手段结合，这种方法在没 有PCR放大过程的情况下检测阈值拓至10nM
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2.4细胞毒性
目前细胞体外培 养、动物活体实验 均表明稀土掺杂的 UCNPs有较好的生 物相容性，但仍需 进一步研究以确证
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在Yb/Er掺杂稀土氟化物颗粒纳米颗粒浓度为800ug/ml 的环境下培养人类咽炎上皮癌KB细胞20小时后，测得细胞 活性没有根本性的改变
光 子 雪 崩
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2.2光学性质
光学稳定性好 发射峰窄
4f层电子跃迁，受外电子层屏蔽
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2.2光学性质
光色可调：掺杂物种、掺杂比例（浓度）、掺杂位置 基质类型、混色方式
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基质：“Hold”住掺杂离子
(卤化物、氧化物、硫化物、硫氧化物)
特定波长范围内有较好的透光性
较低的声子能
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较高的光致损伤阈值
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2.1组成及晶体结构
上转换发光机理
激
能
合
发
量
作
态
转
敏Hale Waihona Puke Baidu
吸
移
化
收
合 作 发 光
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双 光 子 吸 收
使表面带有可以连接生物功能分子的 官能团，如羟基、羧基
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2.3表面化学
具有修饰功能基团的亲水UC纳米颗粒的制备方法和相应表面分子
配体加工
配体吸引
表面聚合
双电层聚集
其中，硅包覆法因方法成熟、生物相容性好、有大量可以用于 连接生物功能分子的官能团而最常用
2.2光学性质
寿命长
电子跃迁禁阻 （磷光而非荧光）
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（整体）无发光闪烁
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2.3表面化学
水/溶剂热法制备UC纳米颗粒时通过配体控制晶体生 长（尺寸、形貌） 填补表面缺陷；保护颗粒不受外界影响。提高发光效率
改变纳米颗粒的亲疏水油性（主要是亲油变亲水）
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3.1非均相检测
Anal. Biochem., 2001,293, 22–30
该实验把发射绿光（550nm）和蓝光（475nm）的UCNPs分别接在苯 环己哌啶抗体、安非他命抗体和脱氧麻黄碱抗体、吗啡抗体上，通过对 检测带位置及其磷光强度的分析即可做到对药物分子的检测
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3.2均相检测
与传统量子点和
Anal. Chem., 2005, 77, 7348–7355
有机染料相比，上
转换磷光体作为
LRET供体显示出巨
大的优势，即近红
外辐照只被UC颗粒
吸收而不被受体吸
收，从而避免了受
体直接对激发光吸
收发出的干扰信号 由于稀土掺杂元素的发射峰极其窄和尖
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3.2均相检测
上转换均相检测通常基于供体和受体间的发光共振能 量转移（LRET）过程进行。与非均相检测不同的是，均 相检测利用的是“耦合连接”调控的信号，免除了将未 耦合的标记物分离的过程
LRET检测模型示意图
被检测物起到耦合供体和受体的作用，使得共振能量传递得以实现