【导语】科学探索再创新篇！中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的研究团队，在可视化荧光检测领域取得重大突破。他们利用“上转换发光”技术，通过向材料中添加锌离子，成功研发出高灵敏度的荧光探针，能够精确检测血液中的胆红素水平，为黄疸的早期诊断带来新希望。这项研究成果不仅为医生提供了强大的诊断工具，还展现了科技在医疗领域的巨大潜力。未来，这项技术有望成为守护新生儿健康的重要防线，为更多生命的健康保驾护航。

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作者：张岚鹏 杨亮（中国科学院合肥物质科学(xué)研究院固体物理研究所）

监制：中国科普博览

大家有没有想过，能否利用光来“探测”身体里的问题？其实，现代科学已经实现了这一设想，通过“上转换发光”技术，结合特殊的材料，科学家可以用光信号来检测体内物质，甚至实现疾病的早期诊断。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的蒋长龙、杨亮研究员团队，在可视化荧光检测领域取得重大突破。研究人员通过向材料“添加一点锌”，使这些“会发光”的材料变得更灵敏、更智能，从而能够更精确地检测血液中的胆红素水平。

这项研究就像为医生们提供了一件新的“诊断利器”，为黄疸的早期诊断带来新希望。相关研究成果已发表于国际知名期刊《分析化学》。

黄疸：隐藏的健康威胁

黄疸，尤其是新生儿黄疸，是一个不容忽视的健康问题。它像隐藏在新生儿身边的“小恶魔”，影响着约60%的新生儿，甚至成为新生儿早期死亡的主要原因之一。胆红素是血清素分解代谢后形成的“小废物”。在健康人的血液里，游离胆红素的水平通常乖乖地维持在在1.7μM至10.2μM之间。但如果患上黄疸，胆红素水平会像脱缰的野马一样异常升高。然而，当浓度低于32μM时，患儿可能不会表现出典型的黄疸症状。这就如敌人潜伏在暗处，而我们却难以察觉。因此，快速、准确地检测血清中的胆红素浓度至关重要。

图片来源：veer图库

上转换发光：光的“逆向魔法”

通常情况下，我们看到的灯光或激光，是通过吸收特定波长的光后，释放出相同或更低能量的光。但是上转换发光却截然不同，它能吸收低能量的光，释放出更高能量的光，就像一种“逆向魔法”。上转换纳米粒子（UCNPs）犹如一群“特工”，其独特之处在于能够消除背景荧光的干扰，因此在检测复杂生物样品中的小分子时具有显著优势。然而，这些“特工”也有短板：UCNP固有的低发光强度和量子产率，限制了上转换发射强度，使其(qí)在(zài)生(shēng)物(wù)检(jiǎn)测(cè)领(lǐng)域的(de)应(yīng)用(yòng)受(shòu)到(dào)制(zhì)约(yuē)。因(yīn)此(cǐ)，想(xiǎng)要(yào)灵(líng)敏(mǐn)检(jiǎn)测(cè)出(chū)游(yóu)离(lí)胆(dǎn)红(hóng)素(sù)，研(yán)发(fā)出(chū)具(jù)有(yǒu)高(gāo)发(fā)射(shè)强(qiáng)度(dù)的(de)UCNP荧(yíng)光(guāng)探(tàn)针(zhēn)就(jiù)成(chéng)了(le)关键。

图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)固体物理研究所

锌离子“魔法”：调控晶格，点亮荧光

研究团队发现，向UCNPs中掺杂锌离子，就像在材料内部安装了“能量加速器”。锌离子的加入，让纳米颗粒的晶格结构从六方相转变为立方相（类似于改变积木的排列方式），缩短了稀土离子间的距离，能量传递效率大幅提升，发光强度提升了22倍！这种“晶格调控”不仅显著提高了荧光强度，还保持了颜色稳定性，为高灵敏度检测奠定了基础。

上转换纳米粒子的晶格转变及发光增强

（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

双模式传感器：颜色与荧光双保险

研究团队将锌掺杂的UCNPs与磺基水杨酸（SSA）、铁离子结(jié)合(hé)，设(shè)计出一种高效的上转换纳米探针，并构建了一个可用980 nm近红外激发的上转换视觉传感平台。这个平(píng)台如同一位“超级侦察兵”，在胆红素出现时，它能通过荧光和比色梯度的变化，精准锁定胆红素。

这种“双保险”设计使检测更加可靠，荧光模式的灵敏度达到21.4纳摩尔，比传统方法快数倍，且不受血液中其他成分干扰。

传感器的荧光及比色工作原理

（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

荧光传感器可以灵敏地通过颜色显示胆红素的浓度

（图片来源：分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

手机变身检测仪？便携式诊断新方案

更令人惊叹的是，团队开发了一款基于3D打印技术的便携检测(cè)平(píng)台(tái)，只(zhǐ)需(xū)搭(dā)配(pèi)智(zhì)能(néng)手(shǒu)机(jī)即(jí)可(kě)完(wán)成(chéng)分(fēn)析(xī)。操(cāo)作(zuò)非(fēi)常(cháng)简(jiǎn)单(dān)：将(jiāng)血(xuè)清(qīng)样(yàng)本(běn)滴(dī)入(rù)检(jiǎn)测(cè)盒(hé)，用(yòng)手(shǒu)机(jī)拍(pāi)摄(shè)颜(yán)色(sè)或(huò)荧(yíng)光(guāng)变(biàn)化(huà)，通(tōng)过(guò)APP分(fēn)析(xī)RGB值(zhí)即(jí)可(kě)获(huò)取(qǔ)胆(dǎn)红(hóng)素(sù)浓(nóng)度(dù)。临(lín)床(chuáng)测(cè)试(shì)表(biǎo)明(míng)，该(gāi)技(jì)术(shù)对(duì)健(jiàn)康(kāng)人(rén)血(xuè)清(qīng)和(hé)黄(huáng)疸(dǎn)患(huàn)儿(ér)血(xuè)清(qīng)的(de)检(jiǎn)测(cè)结果，与医院标准(zhǔn)方(fāng)法(fǎ)的(de)检(jiǎn)测(cè)结(jié)果(guǒ)高(gāo)度(dù)一(yī)致(zhì)，且(qiě)操(cāo)作(zuò)便(biàn)捷(jié)，适(shì)合(hé)医(yī)疗(liáo)资(zī)源(yuán)有(yǒu)限(xiàn)的(de)地(de)区(qū)使(shǐ)用(yòng)。

便(biàn)携(xié)式(shì)传(chuán)感(gǎn)平(píng)台(tái)对(duì)胆(dǎn)红(hóng)素(sù)的(de)检(jiǎn)测(cè)

（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：分(fēn)析(xī)化(huà)学(xué)Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

这项突破性研究，不仅为黄疸的早期诊断提供了新工具，更展现了科技在医疗领域的巨大潜力——让精准医疗变得更快速、更智能、更普惠。未来，随着技术的进一步优化和推广，这项成果或将成为守护新生儿健康的重要防线，也为其他疾病的检测开辟了新思路。科学的光芒，正照亮更多生命的希望。

参考文献：

1.Zhang L, Kang X, Yang F, et al. Zinc Doping-Induced Lattice Growth Regulation for Enhanced Upconversion Emission in Serum Bilirubin Detection[J]. Analytical Chemistry, 2025.