近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所蒋长龙团队在上转换纳米粒子的结构精准调控方面取得重要进展，实现了高发光共振能量转移（LRET）效率与高上转换发光（UCL）强度的双重突破。该研究为开发超灵敏传感平台提供了新方法，相关成果发表在国际期刊Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2025,e18138 )和Analytical Chemistry (Anal. Chem. 2025,DOI: 10.1021/acs.analchem.5c01789)上。

荧光传感技术在食品质量控制及疾病辅助诊断等领域具有重要的应用前景。但是传统的上转换纳米粒子（UCNPs）中发光离子均匀掺杂的设计导致核心区离子无法有效淬灭，产生背景信号干扰。早期三明治结构虽通过限制发光层提升了LRET效率，却牺牲了发光中心数量，从而限制了传感灵敏度的提高。

鉴于此，研究人员开发了新型三明治结构UCNPs（SWUCNPs），其独特的NaYbF₄:(30%Gd)@NaYbF₄:Er(2%)@NaYF₄结构显著提升了上转换发光的量子产率与能量转移效率。该设计通过内核和中壳层高掺杂Yb³⁺增强了对980 nm激发光的吸收，外壳层则有效抑制了表面淬灭。与传统UCNPs结构相比，这种新结构在540 nm和655 nm处的发光强度分别提高了56倍和117倍。在此基础上，利用CoOOH修饰的SWUCNPs纳米探针实现了对食品营养品质以及人体抗氧化状态的有效标志物抗坏血酸的高灵敏检测，检测限达到38 nM，优于同类探针一个数量级，为人体营养健康状态评估、食品质量控制及疾病辅助诊断提供了新方法。此外，研究团队基于上转换纳米粒子（UCNPs）的结构精准调控，成功开发出一种可用于全血中药浓度实时监测的智能传感平台。为解决传统检测方法在复杂血液基质中信号干扰强、操作繁琐、无法实时监测的技术瓶颈难题，研究人员设计构筑了NaYF₄:Yb,Tm@NaYF₄核壳结构纳米颗粒，有效抑制了表面淬灭效应，显著提高了上转换发光效率和光稳定性。通过将对二甲氨基苯甲醛（p-DMAB）和纳米颗粒结合，构建出高特异性比率型荧光探针，在无需样本预处理的情况下，实现了对抗结核药物异烟肼的快速、高信噪比视觉化检测。该平台结合3D打印封装、智能手机成像与卷积神经网络（CNN）分析，实现了荧光信号与药物浓度的自动精准映射，为药物积累引起的肝毒性和神经病变个体化监测及临床诊断提供了强有力的技术支撑。

上述研究成果突破了高LRET效率与高量子产率难以兼得的瓶颈，为食品安全监测、环境污染物检测及生物标志物分析提供了通用型技术方案。相关研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c01789

https://doi.org/10.1002/adfm.202518138

图1. 上转换探针结合智能手机-CNN分析对全血中异烟肼的超灵敏独立检测。

图2. 新型SWUCNPs发光结构和发光机理图。