出品：科普中国
作者：张岚鹏 杨亮（中国科学院合肥物质科学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，使其在生物检测领域的应用受到制约。因此，想要灵敏检测出游离胆红素，研发出具有高发射强度的UCNP荧光探针就成了关键。
图片来源：中国科学院固体物理研究所
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）、铁离子结合，设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平台，只需搭配智能手机即可完成分析。操作非常简单：将血清样本滴入检测盒，用手机拍摄颜色或荧光变化，通过APP分析RGB值即可获取胆红素浓度。临床测试表明，该技术对健康人血清和黄疸患儿血清的检测结果，与医院标准方法的检测结果高度一致，且操作便捷，适合医疗资源有限的地区使用。
便携式传感平台对胆红素的检测
（图片来源：分析化学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.
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