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【导语】科学家利用“上转换发光”技术，结合锌离子掺杂的创新方法，成功研发出高灵敏度的荧光探针，实现了血液中胆红素水平的精准检测。这一突破性成果由中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的张岚鹏、杨亮等研究员团队取得，为黄疸的早期诊断带来了新希望。该技术不仅灵敏度高、操作便捷，还可通过智能手机完成分析，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，并为其他疾病的检测提供新思路。

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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(gāo)。然(rán)而(ér)，当(dāng)浓(nóng)度(dù)低(dī)于(yú)32μM时(shí)，患(huàn)儿(ér)可(kě)能(néng)不(bù)会(huì)表(biǎo)现(xiàn)出(chū)典(diǎn)型(xíng)的(de)黄(huáng)疸(dǎn)症(zhèng)状(zhuàng)。这(zhè)就(jiù)如(rú)敌(dí)人(rén)潜(qián)伏(fú)在(zài)暗(àn)处(chù)，而(ér)我(wǒ)们(men)却(què)难(nán)以(yǐ)察(chá)觉(jué)。因(yīn)此(cǐ)，快(kuài)速(sù)、准(zhǔn)确(què)地(de)检(jiǎn)测(cè)血(xuè)清(qīng)中(zhōng)的(de)胆(dǎn)红(hóng)素(sù)浓(nóng)度(dù)至(zhì)关重(zhòng)要(yào)。

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(shuāng)模(mó)式(shì)传(chuán)感(gǎn)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(jì)出(chū)一种高效的上转(zhuǎn)换(huàn)纳(nà)米(mǐ)探(tàn)针(zhēn)，并(bìng)构(gòu)建(jiàn)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(dá)到(dào)21.4纳(nà)摩(mó)尔(ěr)，比(bǐ)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)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(fēn)析(xī)化(huà)学(xué)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(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.