近期，中国科学院合肥物质院固体所蒋长龙研究员团队在反向双信号的上转换发光材料研发方面取得重要进展。研究团队提出了一种适配体介导的能量受体敏化策略，成功制备出高对比度的反向双信号上转换发光材料，可实现复杂体系中痕量物质的高灵敏检测。相关研究成果发表在Analytical Chemistry上。
稀土上转换纳米粒子（UCNPs）通过多光子吸收实现反斯托克斯发射，具有近红外激发、稳定性好、组织穿透深、背景荧光干扰低、信噪比高等优势，在传感检测中极具潜力。基于稀土上转换纳米材料的发光纳米探针大多数采用发光共振能量转移（LRET）策略构建。在该策略中，UCNPs 被用作能量供体，同时引入能量受体以猝灭上转换发光。通过目标诱导的单一信号恢复，探针可产生 “关-开” 信号。因此，探针的信号对比度主要取决于 LRET 的效率。然而，LRET 效率高度依赖于能量供体和受体之间的距离，该距离通常小于 10 nm，而UCNPs 的尺寸通常大于 20 nm，且常被包裹一层保护壳。因此，即使在 UCNPs 表面修饰能量受体，LRET 效率仍然有限，导致信号对比度低、检测灵敏度下降，最终阻碍了痕量分析。
基于此，研究团队提出一种适体介导的能量受体敏化策略，通过反向双信号变化构建具有高信号对比度的高灵敏度上转换纳米探针。通过将 Cy3 染料标记的适体偶联到上转换纳米颗粒表面构建上转换荧光纳米探针，可实现对 Pb²⁺的灵敏检测。当体系中存在 Pb²⁺时，适体发生结构转变，形成G-四链体，这一变化不仅缩短了 Cy3 与上转换纳米颗粒之间的距离，而且激活了从上转换纳米颗粒到 Cy3 染料的发光共振能量转移过程，使得540 nm处的绿色上转换发光被淬灭，而 565 nm处的 Cy3 荧光被敏化，进而实现反向传感信号变化。以 540 nm与 565 nm的发光强度比（I540/I565）作为检测信号，该纳米探针的检测限低至 51 pM，表现出高选择性和抗干扰能力，且在复杂样品中仍展现出优异性能。
该研究不仅为上转换发光材料的结构设计与性能优化提供了新思路，也为复杂体系中高灵敏痕量分析奠定了坚实基础。
该论文第一作者为博士生贾伟，通讯作者为蒋长龙研究员。上述研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和安徽省重点研发计划的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c07885
图1. 双信号反向变化上转换纳米探针设计及对Pb²⁺检测传感机制的示意图
