上轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用于生物傳感器的構(gòu)建

田靜菡，寧保安，張娜，彭媛，白家磊，趙玉鳳，高志賢

（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所，天津市環(huán)境與食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300050）

上轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用于生物傳感器的構(gòu)建

田靜菡，寧保安，張娜，彭媛，白家磊，趙玉鳳，高志賢*

（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所，天津市環(huán)境與食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300050）

上轉(zhuǎn)換材料可通過非線性的光學(xué)過程將低能量的激發(fā)光源轉(zhuǎn)化成高能量的近紅外或可見光輻射，組織穿透性強(qiáng)，生物兼容性好，產(chǎn)生的背景信號較低、斯托克斯位移較大、發(fā)射峰窄、幾乎沒有光漂白性，是近年來取得飛速發(fā)展與應(yīng)用的熒光材料。本文對上轉(zhuǎn)換材料的合成、表面修飾、應(yīng)用等最新進(jìn)展進(jìn)行闡述。本實(shí)驗(yàn)室成功合成了有機(jī)相的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，并基于此材料構(gòu)建傳感器應(yīng)用于食品樣品中雙酚A的檢測。

上轉(zhuǎn)換；熒光材料；表面修飾；生物傳感器；雙酚A

上轉(zhuǎn)換發(fā)光（Upconverting Technology，UPT）是指稀土離子吸收兩個(gè)或兩個(gè)以上低能光子而輻射一個(gè)高能光子的發(fā)光現(xiàn)象。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料主要是摻雜稀土元素的固體化合物，通常由基質(zhì)材料、激活劑、敏化劑組成。利用稀土元素離子亞穩(wěn)態(tài)的能級在光激發(fā)過程中發(fā)生反斯托克斯效應(yīng)。上轉(zhuǎn)換放光納米顆粒（upconversion nannparticles，UCNPs）相對于塊體材料有更好的發(fā)光效率和水溶性，在生物成像，藥物載體，生物傳感器等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景[1-3]。本文對上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光機(jī)理，合成方法，表面修飾和最新的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了闡述。

1 上轉(zhuǎn)換機(jī)理及材料的合成

上轉(zhuǎn)換過程是由低能量的電子激發(fā)而產(chǎn)生高能量發(fā)射的非線性過程，由于過程為雙光子或多光子過程，違背斯托克斯定律，因而也成為反斯托克斯過程[4]。其機(jī)制可分為三大類：激發(fā)態(tài)吸收（excited stateabsorption ESA），能量轉(zhuǎn)移（energy transfe ET）和光子雪崩（photon avalanche PA）。

上轉(zhuǎn)換納米顆粒的合成要求反應(yīng)物前驅(qū)體均一分散，對摻雜比例的優(yōu)化、稀土元素氧化態(tài)的控制是制備過程中的要點(diǎn)[5]。激光蝕刻法和消解法可以從塊體材料得到相應(yīng)的納米顆粒，但是很難實(shí)現(xiàn)對粒徑和分散性的掌控。相對于上述物理法，化學(xué)法是更好的合成路徑：如共沉淀法，溶膠-凝膠法，熱分解法等法，水熱合成法等。

共沉淀法：合成條件溫和，設(shè)備易得，易于操作，是合成上轉(zhuǎn)換材料最簡便的方法。合成的上轉(zhuǎn)換納米顆粒粒徑分布均勻且粒徑可控。Yi等[6]首先提出了在EDTA輔助共沉淀法合成NaYF4：Yb，Er，方法為將稀土離子-EDTA復(fù)合物迅速加入到NaF溶液中并劇烈攪拌。通過均相成核過程生成了α相的NaYF4：Yb，Er納米顆粒，通過改變EDTA和稀土元素的比例可將粒徑控制在37 nm～166 nm。由于α相的納米顆粒上轉(zhuǎn)換發(fā)射太弱，需要通過煅燒印發(fā)相轉(zhuǎn)換為β相，上轉(zhuǎn)換熒光可增強(qiáng)40倍左右。共沉淀法的缺點(diǎn)是產(chǎn)物結(jié)晶程度低，煅燒后的材料容易團(tuán)聚水溶性差。

溶膠-凝膠法：溶膠凝膠法是制備溶液前驅(qū)體，經(jīng)過溶膠進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，而后經(jīng)焙燒熱處理取出有機(jī)成分，這種方法制難以控制納米顆粒的形狀和粒徑，所以難以達(dá)到單分散的納米顆粒，而且產(chǎn)物經(jīng)常會(huì)收到炭顆粒污染物。另外溶膠凝膠法還能用于合成氧化和氫氧化納米材料[7]。經(jīng)過改進(jìn)的溶膠凝膠法可通過使用金屬醋酸鹽三氟乙酸制備摻雜Eu3+離子的CaF2納米顆粒，首先將Ca（OH）2和Eu（CH3COO）3·4H2O溶解于去離子水和乙醇混合物中，用三氟乙酸超聲1 h，得到的沉淀在100℃干燥24 h并高溫陳化，將溫度升高至700℃調(diào)整實(shí)現(xiàn)使粒徑從15nm～200nm的增加[8]。

熱分解法：原理基于金屬四氟醋酸鹽可熱分解形成相應(yīng)的金屬氟化物。特征的熱分解反應(yīng)步驟為將溶劑和金屬四氟醋酸鹽在三頸瓶中，劇烈攪拌后加熱至100℃除去水和氧氣得到透明溶液，繼續(xù)在氬氣的環(huán)境中加熱到250℃～330℃。將過量的乙醇導(dǎo)入溶液中，沉淀物經(jīng)過離心與液相分離，洗滌后烘干即可得到目標(biāo)產(chǎn)物[9-11]。近些年來溶膠凝膠法經(jīng)過不斷完善，改變反應(yīng)物類型、比例，使用新型溶劑[12]和優(yōu)化加熱程序[13]，可得到滿意的上轉(zhuǎn)換納米材料。盡管熱分解法被證實(shí)為一種有效的合成單分散，結(jié)晶度高粒徑均一和純凈的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，但是仍有一些不足，諸如合成是條件苛刻，時(shí)間長溫度高，過程中會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)等。

水熱合成法：水熱反應(yīng)指的是在密閉的高溫高壓環(huán)境中進(jìn)行的合成步驟，基于在高溫高壓下在水中的高溶解度，并可將使溶解在液相中的物質(zhì)形成結(jié)晶，反應(yīng)過程不需要毒性高的有機(jī)溶劑的使用，相對于熱分解法更加綠色友好。典型的水熱反應(yīng)是在一種特制的反應(yīng)容器—反應(yīng)釜中進(jìn)行。此方通過優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間和配比可得到親水性強(qiáng)發(fā)光效率高的優(yōu)良上轉(zhuǎn)換熒光材料，具有以下優(yōu)勢：（1）產(chǎn)物結(jié)晶度高（2）相對低的反應(yīng)溫度（3）操作過程使用設(shè)備簡單。但由于水熱法無法對合成的晶型粒徑進(jìn)行精確的控制，制備產(chǎn)物重現(xiàn)性較差。

溶劑熱法：在水熱法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，密閉體系中以有機(jī)物或非水溶媒為溶劑，在一定的溫度和溶液的自生壓力下，原始混合物進(jìn)行反應(yīng)的一種合成方法。它與水熱反應(yīng)的不同之處在于所使用的溶劑為有機(jī)物而不是水廣。溶劑熱法已泛用于合成多種納米晶體，包括貴金屬，磁顆粒，半導(dǎo)體，量子點(diǎn)（QD），金屬骨架結(jié)構(gòu)（MOFs）等。此方法基于“液體-固體-溶液”（LSS）相轉(zhuǎn)移、相分離的反應(yīng)模式，通過對不同界面處化學(xué)反應(yīng)的控制，建立了一種單分散納米晶的通用合成方法。這種多相溶劑熱制備工藝最大的特點(diǎn)是特別適于生長具有規(guī)則取向、晶形完好、粒徑均勻的高質(zhì)量氟化物納米晶，對產(chǎn)物形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)的控制相比傳統(tǒng)的水熱/溶劑熱方法也更加容易。張勇[14]等對溶劑熱法合成納米材料進(jìn)行了深入的研究，實(shí)現(xiàn)了對晶型發(fā)光性能等的精確調(diào)控。

2 表面修飾

一般方法合成的稀土離子摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料表面經(jīng)常帶有疏水基團(tuán)使得其水溶性差，或者缺乏合適的反應(yīng)官能團(tuán)來進(jìn)行分子偶聯(lián)，故表面修飾是上轉(zhuǎn)換納米材料進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用前必不可少的處理過程。

包覆無機(jī)殼層：在大多數(shù)情況下通過硅烷化來包覆無機(jī)殼層，是合成的納米顆粒表面包覆一層無定型二氧化硅。最常見的St?ber法用硅氧烷前驅(qū)物如四乙氧基甲硅烷，在乙醇和氨水的存在下發(fā)生水解和沉淀，修飾后溶解度大大增加，并易于進(jìn)行偶聯(lián)抗體等實(shí)現(xiàn)不同功能化。

修飾有機(jī)配體：包括表面修飾檸檬酸，配體交換法修飾羧基，利用Lemieux-von Rudloff（KMnO4+NaIO4水溶液）在納米顆粒表面修飾羧酸，聚合物包裹法靜電吸附聚合物等。需要根據(jù)合成材料的目標(biāo)性質(zhì)和應(yīng)用來選擇合適的有機(jī)配體。

偶聯(lián)生物識(shí)別因子：將生物識(shí)別分子，如抗體，酶，DNA探針，適配子等于上轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行偶聯(lián)，能將上轉(zhuǎn)換熒光信號與特異性識(shí)別性結(jié)合，極大的豐富了上轉(zhuǎn)換材料的應(yīng)用范圍。修飾生物分子需要在反應(yīng)同時(shí)保持生物分子的活性，操作的要求較高。

3 上轉(zhuǎn)換納米顆粒應(yīng)用于生物傳感器

3.1 檢測生物分子

Zhang[15]等用水熱法一鍋合成了水溶性的PAA修飾的NaYF4：Yb，Er納米顆粒基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）對谷胱甘肽的檢測，在合成的上轉(zhuǎn)換納米顆粒上連接多巴胺，多巴胺在堿性條件下被周圍的氧氣氧化成強(qiáng)吸電子的苯醌形態(tài)，上轉(zhuǎn)換過程中的激發(fā)電子被多巴胺-苯醌捕獲無法回落至基態(tài)，從而阻斷了上轉(zhuǎn)換的發(fā)光過程。當(dāng)加入還原性很強(qiáng)的谷胱甘肽后，苯醌被還原成為很好的電子供體從而使NaYF4：Yb，Er顆粒的上轉(zhuǎn)換熒光恢復(fù)，熒光恢復(fù)量于谷胱甘肽加入量呈很好的線性關(guān)系，檢測限低特異性強(qiáng)，成功地應(yīng)用于血清中谷胱甘肽的檢測，如圖1。

圖1 PAA修飾的NaYF4：Yb，Er納米顆粒用于對谷胱甘肽的檢測Fig.1 The PAAmodified NaYF4：Yb，Er UCNPsused for the detection of GSH

He[16]等報(bào)道了一種上轉(zhuǎn)換材料傳感器用于ATP的檢測，此方法合成NaYF4：Yb，Er納米顆粒，包覆硅殼后修飾羧基。將ATP配飾子分成兩段，一段與納米顆粒表面的羧基偶聯(lián)，另一段連接黑洞猝滅因子。優(yōu)化比例將2種體系混合，當(dāng)ATP目標(biāo)物存在時(shí)將兩段配飾子鏈接，黑洞猝滅子與上轉(zhuǎn)換納米顆粒的距離接近并發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移使上轉(zhuǎn)換發(fā)光猝滅，而無ATP存在時(shí)兩者距離遠(yuǎn)而無猝滅發(fā)生，如圖2。

圖2 基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的夾心型NaYF4：Yb，Er傳感器對ATP的檢測Fig.2 TheUCNPs-sandwich FRET sensor used for thedetection of ATP

此方法對ATP的檢測限達(dá)到1.70μM并且顯示高特異性靈敏性。

相似的Li的課題組報(bào)道了一種基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的上轉(zhuǎn)換材料傳感器檢測葡萄糖如圖3[17]，將刀豆蛋白A結(jié)合在上轉(zhuǎn)換納米顆粒NaYF4：Yb，Er表面，表面包覆β環(huán)糊精的金納米顆粒可以和刀豆蛋白A結(jié)合，從而使上轉(zhuǎn)換發(fā)射被金納米顆粒猝滅。而當(dāng)葡萄糖存在時(shí)會(huì)競爭性地與刀豆蛋白A結(jié)合從而恢復(fù)上轉(zhuǎn)換納米顆粒的熒光，從而實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的定量檢測。

圖3 基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的上轉(zhuǎn)換NaYF4：Yb，Er傳感器檢測葡萄糖Fig.3 TheUCNPs-FRET sensor used for the detection ofglucose

3.2 檢測金屬離子

汞離子是毒性最大的金屬離子之一，會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題，存在于環(huán)境食品中的汞離子通過食物鏈在人體中積累，并對中樞神經(jīng)帶來極大損傷。Liu[18]等報(bào)道了基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒對汞離子檢測并可很好地應(yīng)用于生物體中。首先合成了釕絡(luò)合物N719并裝配于NaYF4：Yb3+，Er3+，Tm3+上轉(zhuǎn)換納米顆粒表面，其吸收峰與納米顆粒的發(fā)射峰極好地重疊而使上轉(zhuǎn)換信號猝滅，汞離子的存在可使N719的最大吸收峰顯著藍(lán)移，與上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰的重疊度降低，從而使上轉(zhuǎn)換熒光恢復(fù)。（如圖4）由此可高特異性快速地檢測汞離子濃度，檢測限低于美國EPA規(guī)定飲用水中汞離子的上限2 ppb，還可以應(yīng)用于汞離子的細(xì)胞中的成像。

圖4 NaYF4：Yb3+，Er3+，Tm3+上轉(zhuǎn)換納米顆對汞離子檢測原理Fig.4 ThemechanisMof UCNPssensor for thedetection of Hg2+

Chen[19]等首次報(bào)道基于NaYF4：Er3+，Yb3+納米棒檢測血鉀含量，生色感應(yīng)劑ETH 5294的吸收峰與上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)射峰有很好的重疊，從而基于離子交換機(jī)理內(nèi)部滲透作用可對血液中的鉀離子進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，背景熒光和自吸效應(yīng)被極大地消除，與ICPMS與IES檢測結(jié)果能很好地吻合。Xie[20]等制備了NaYF4：Er，Yb上轉(zhuǎn)換納米棒薄膜，首次將生色感應(yīng)劑ETH5418嵌套在疏水基體中用離子交換機(jī)制來檢測pH和金屬離子。生色感應(yīng)劑ETH5418在質(zhì)子化和去質(zhì)子化兩個(gè)狀態(tài)的吸收峰與納米棒的上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰均有很好的重疊，由此通過生色團(tuán)在不同離子環(huán)境下的吸收峰位置變化而引起的上轉(zhuǎn)換熒光恢復(fù)來進(jìn)行信號傳感。可以檢測血液pH和Na+、K+、Ca2+、Cu2+等多種離子。

圖5 生色感應(yīng)劑ETH 5294的吸收峰和NaYF4：Er3+，Yb3+納米棒的發(fā)射峰重疊Fig.5 Theabsorption peak of the chromophore ETH 5294 overlaps theeMission peak of the UCNPs

3.3 即時(shí)診斷

Qiu[21]等報(bào)道了一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒的免疫層析測試盒。這種測試盒的包括層析測試條，特制的用于控制氣囊的制動(dòng)裝置，UCP測量計(jì)。層析試紙條與傳統(tǒng)的試紙條不同的是裝備了儲(chǔ)液槽儲(chǔ)存洗脫用的緩沖溶液并和氣囊以瓣膜連接，控制器向氣囊施加壓力使緩沖溶液進(jìn)入層析試紙條將多余未偶聯(lián)的物質(zhì)除去。待測目標(biāo)物為菌類擴(kuò)增子，在測試前與預(yù)處理溶液混合，擴(kuò)增子兩段分別連上生物素和DIG半抗體。層析試紙條的測試線固定了親和素，對比線固定羊抗鼠抗體。待測液通過層析試紙，目標(biāo)物被吸附在測試線上，然后控制器將洗脫液壓入試紙條將未吸附的物質(zhì)洗出，最后控制器將包覆了鼠抗DIG抗體的上轉(zhuǎn)換納米顆粒溶液壓入，在陽性測試中，測試線通過DIG半抗原，對比線通過羊抗鼠抗體都結(jié)合了上轉(zhuǎn)換納米顆粒。最后通過測試盒自帶的光源激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光，并通過測試線與對比線上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度之比可即時(shí)得出強(qiáng)陽性，中陽性和陰性的檢測結(jié)果。

基于上轉(zhuǎn)換材料的側(cè)流層析試紙條也有了廣泛的研究，如實(shí)現(xiàn)了使用雙抗體夾心法制備試紙對Y干擾素的檢測[22]，使用抗體酶聯(lián)免疫法制備試紙檢測肺炎鏈球菌B表面抗體等[23]。Hong等[24]制備了一種十通道的橫流層析試紙條，使用雙抗原夾心法對鼠疫耶爾森抗體的檢測，10個(gè)通道分別對應(yīng)檢測10種對應(yīng)抗體的檢測。上轉(zhuǎn)換技術(shù)與免疫層析技術(shù)相結(jié)合制備的試紙條能極大地避免背景熒光的干擾，在即時(shí)檢測診斷中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

圖6 基于上轉(zhuǎn)換材料的橫流免疫層析試紙條Fig.6 Thelateral flow strip based on UCNPs

4 本實(shí)驗(yàn)室研究實(shí)例

使用溶劑熱法合成上轉(zhuǎn)換納米顆粒，粒徑為60 nm（圖7），在有機(jī)相中的分散性良好，上轉(zhuǎn)換熒光峰位于545 nm。用反相微乳液法包覆SiO2分子印跡殼層，并結(jié)合納米金同時(shí)印跡，洗脫模板后獲得液相傳感器。制備出的傳感器在雙酚A濃度為50 ng/mL～500 ng/mL范圍內(nèi)有較好的響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間為1.5 h，如圖7右，在100min熒光猝滅達(dá)到平衡。實(shí)驗(yàn)表明

圖7 溶劑熱法制備的上轉(zhuǎn)換納米顆粒分散于環(huán)己烷（左）傳感器相應(yīng)時(shí)間（右）Fig.7 The UCNPsprepared by solvothermalmethod disperse in cyclohexaneand the response tiMeof the sensor

其選擇性好，靈敏度較高。通過洗脫再生可重復(fù)使用。此種傳感器的制備方法通用性好，成本低，可推廣至其他農(nóng)殘分子印跡納米顆粒的制備，有望建立UPT-MIP的快速檢測平臺(tái)。

5 總結(jié)與展望

近些年來上轉(zhuǎn)換材料在合成修飾和實(shí)際應(yīng)用方面取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，仍然存在許多問題。另外上轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用于傳感器的構(gòu)建在實(shí)驗(yàn)室研究方面已經(jīng)取得了很大成功，但在應(yīng)用于實(shí)際檢測，實(shí)現(xiàn)傳感器的商品化的方面仍亟待進(jìn)一步發(fā)展。將上轉(zhuǎn)換技術(shù)與酶聯(lián)免疫技術(shù)，膠體金技術(shù)聯(lián)合起來，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的快速靈敏檢測，在食品安全與衛(wèi)生，醫(yī)學(xué)檢測等方面有重大的意義。

[1]Shen J,Sun L.-D,Yan C.-H.LuminescentRare Earth anomaterials for Bioprobe Applications[J].Dalton Trans,2008,14：5687-97

[2]Vetrone F,Capobianco JA.Lanthanide-Doped Fluoride Nanoparticles：Luminescence,Upconversion,and BiologicalApplications[J]. Int.J.Nanotechnol,2008,5：1306-1339

[3]DosevD,NichkovaM,Kennedy IM.Inorganic Lanthanide Nanophosphors in Biotechnology[J].JNanosci Nanotechnol,2008,8：1052-1067

[4]Auzel F.Upconversion and anti-Stokesprocesseswith fand d ionsin solids[J].Chem.Rev,2004,104：139-73

[5]Bouzigues C,Gacoin T,Alexandrou A.Biological Applications of Rare-EarthBased Nanoparticles[J].ACSNano,2011,5：8488-8505

[6]YiGS,Lu H C,Zhao SY,etal.Synthesis,characterization,and biological application of size-controlled nanocrystallineNaYF4：Yb,Er infrared-to-visible up-conversion phosphors[J].NanoLett,2004,4：2191-2196

[7]Fedorov PP,Luginina A A,Kuznetsov SV,et al.Nanofluorides[J]. J.Fluorine Chem,2011,132：1012-1039

[8]Hong B C.Kawano,Syntheses of CaF2：Eu nanoparticles and the modified reducingTCRA treatmenttodivalent[J].EuionK.Opt.Mater, 2008,30：952-956

[9]Yan ZG,Yan CH.Controlled synthesisof rare earth nanostructures [J].JMaterChem,2008,18：5046-5059

[10]Shen J,Sun LD,Yan CH.Luminescent rareearth nanomaterials for bioprobeapplications[J].Dalton Trans,2008：5687-5697

[11]FengW,Sun LD,Zhang YW,etal.Synthesisand assembly of rare earth nanostructures directed by the principle of coordination chemistry in solution-based process[J].Coord CheMRev,2010, 254：1038-1053

[12]Shan JN,Qin X,Yao N,et al.Synthesis ofmonodispersehexagonalNaYF4：Yb,Ln(Ln=Er,Hoand Tm)upconversionnanocrystals in TOPO[J].Nanotechnology,2007,18：445607

[13]WeiY,Lu FQ,Zhang X R,etal.Synthesisofoil-dispersiblehexagonal-phase and hexagonal-shaped NaYF4：Yb,Er nanoplates[J]. CheMMater,2006,18：5733-5737

[14]Zhengquan L,Yong Z.An efficient and user-friendlymethod forthe synthesis of hexagonal-phaseNaYF4：Yb,Er/TMnanocrystals withcontrollable shape and upconversionfluorescence[J].Nanotechnology,2008,19：345606

[15]Zhang Y,Tang Y R,Liu X,et al.A highly sensitive upconverting phosphors-based off-on probe for the detectionof glutathione[J]. SensorActua.B-Chem,2013,185：363-369

[16]He X X,Li Z X,Jia X K,et al.A highly selective sandwich-type FRETassay for ATPdetection based on silica coated photon upconverting nanoparticlesand splitaptamer[J].Talanta,2013,11：105-110

[17]Peng JH,Wang Y H,Wang JL,etal.A new biosensor for glucose determination in serumbased on up-convertingfluorescence resonance energy transfer[J].Biosens Bioelectron,2011,28：414-420

[18]Liu Q,Peng JJ,Sun LN,etal.High-Efficiency UpconversionLuminescentSensingand BioimagingofHg(II)by Chromophoric RutheniumComplex-Assembled Nanophosphors[J].ACSNano,2011,5：8040-8048

[19]Xie L X,Qin Y,Chen H Y.Direct Fluorescent Measurement of Blood PotassiuMwith PolymericOptical Sensors Based on Upconverting Nanomaterials[J].AnalChem,2013,85：2617-2622

[20]Xie L X,Qin Y,Chen H Y.Polymeric Optodes Based on UpconvertingNanorods for FluorescentMeasurementsof pH and Metal Ions in Blood Samples[J].AnalChem,2012,84：1969-1974

[21]Qiu X B,Liu CC,Mauk MG,etal.A portable analyzer for pouchactuated,immunoassay cassettes.Sensor[J].Actuat B Chem,2011, 160：1529-1535

[22]Corstjens PAM,Zuiderwijk M,Tanke H J.A user-friendly,highly sensitive assay to detect the IFN-γsecretion by T cells[J].Clin－Biochem,2008,41：440-444

[23]LiLP,Zhou L,Yu Y,etal.Developmentofup-converting phosphor technology-basedlateral-flowassay for rapidlyquantitativedetection ofhepatitis B surfaceantibody[J].DiagnMicr Infec Dis,2009,63：165-172

[24]HongW Y,Huang L H,Wang H R,et al.Development of an upconverting phosphortechnology-based 10-channel lateralflow assay for profiling antibodies against Yersinia pestis[J].JMicrobiolMeth, 2010,83：133-140

Upconverting Technology Use for the Construction of Biosensors

TIAN Jing-han，NINGBao-an，ZHANGNa，PENGYuan，BAIJia-lei，ZHAOYu-feng，GAOZhi-xian*
（Tianjin Key LaboratoryofRisk Assessmentand Control Technology for Environmentand Food Safety，Institute ofHealth and EnvironmentMedicine，Tianjin 300050，China）

Upconverting nanomaterial enables the transformation of excitation source to high energy infrared radiation through a nonlinear progcess.The upconverting materials have the advantage of excellent tissue penetration，good biocompatibility，low background signal，large stocks shift，sharp emission peak，and insignificantphotobleaching，and have achieved greatdevelopmentnowadays.Herewe elaborate the synthesis，surfacemodification，application of theUCNPsof theseyears.Wehavesynthesized theUCNPs in organic phase，and developed aBPA sensorbased onourgreenemissionnanoparticles.

upconverting luminescence；fluorescentnanoparticles；surfacemodification；biosensor；BPA

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.18.036

2014-09-15

國家科技支撐計(jì)劃（2012BAK08B06）；國家自然科學(xué)基重點(diǎn)項(xiàng)目（81030052）

田靜菡（1991—），女（漢），碩士研究生，研究方向：上轉(zhuǎn)換材料及生物傳感器。

*通信作者：高志賢（1963—），男，研究員，博士生導(dǎo)師，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所。