細胞微環(huán)境的改變與許多生理、病理過程密切相關，發(fā)展非侵入性熒光探針以監(jiān)測細胞內生物分子含量或生理參數的微小變化，具有重要的生物學意義和醫(yī)學價值。然而目前大多數胞內熒光分析方法只提供非定量的熒光成像，其靈敏度和精確度都難以達到實際監(jiān)測需求。

圖1 基于雙激發(fā)比率型上轉換熒光(UCL)的胞內檢測示意圖：(a) 980/808 nm雙激發(fā)比率型UCL探針的組成和待分析物ClO-猝滅敏化上轉換發(fā)光機理；(b) 從染料到上轉換納米顆粒(UCNPs)的能量傳遞過程；(c) 探針對胞內ClO-的比率型檢測。

中國科學院福建物質結構研究所功能納米結構設計與組裝重點實驗室陳學元團隊在中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、中科院創(chuàng)新國際團隊以及國家自然科學基金和中科院青促會等的支持下，首次提出近紅外雙激發(fā)比率型上轉換策略實現細胞內生物分子的精準檢測。該團隊發(fā)展了一種聚合物F127包覆的水溶性染料敏化稀土上轉換熒光探針，利用近紅外染料IR808到Yb/Er共摻NaGdF4上轉換納米顆粒的高效能量傳遞和低背景熒光信號，實現808 nm激發(fā)下對次氯酸根（ClO-）的超靈敏檢測，檢測限低至16.1 nM（圖1）。同時以980 nm激發(fā)的上轉換發(fā)光作為參比信號，減少了細胞內復雜環(huán)境及探針分布不均等引起的檢測偏差。通過設計新型的近紅外雙激發(fā)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)，研究團隊成功實現了對活細胞MCF-7中內源性和外源性ClO-的精確定量分析（圖2）。該雙激發(fā)比率型檢測策略可通過改變近紅外染料的響應基團，拓展到各種胞內生物分子的檢測，為活細胞生理過程監(jiān)測和疾病診斷提供重要工具。相關結果9月24日以全文形式在線發(fā)表在《先進科學》雜志（Adv. Sci. 2019, 1901874. DOI: 10.1002/advs.201901874）。

圖2 (a) 近紅外雙激發(fā)共聚焦顯微系統(tǒng)的光路結構示意圖；(b) 探針標記的MCF-7細胞經過不同濃度ClO -(0、0.5、1和2 μM) 孵育后，在808 nm激發(fā)下的UCL光譜；(c) 雙激發(fā)UCL比值(UCLex808/UCLex980)，通過對圖(b)對應的在980 nm激發(fā)下540 nm發(fā)光強度的歸一化計算得到；在不同UCNPs濃度下，UCLex808 (d)和UCL比值(e)對ClO-的濃度依賴曲線；(f) ClO-在活細胞內標準曲線的建立和精確定量；黑點為圖(e)中UCL比值的平均值；紅點(1)-(4)分別為細胞經過0、0.5、1和2 μM ClO-孵育后的UCL比值。