細(xì)胞微環(huán)境的改變與許多生理、病理過程密切相關(guān)，發(fā)展非侵入性熒光探針以監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)生物分子含量或生理參數(shù)的微小變化，具有重要的生物學(xué)意義和醫(yī)學(xué)價值。然而目前大多數(shù)胞內(nèi)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(zhuǎn)換熒光(UCL)的胞內(nèi)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(zhuǎn)換發(fā)光機理；(b) 從染料到上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNPs)的能量傳遞過程；(c) 探針對胞內(nèi)ClO-的比率型檢測。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝重點實驗室陳學(xué)元團隊在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中科院創(chuàng)新國際團隊以及國家自然科學(xué)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(zhuǎn)換策略實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)生物分子的精準(zhǔn)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(zhuǎn)換熒光探針，利用近紅外染料IR808到Y(jié)b/Er共摻NaGdF4上轉(zhuǎn)換納米顆粒的高效能量傳遞和低背景熒光信號，實現(xiàn)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(zhuǎn)換發(fā)光作為參比信號，減少了細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜環(huán)境及探針分布不均等引起的檢測偏差。通過設(shè)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(xiàn)了對活細(xì)胞MCF-7中內(nèi)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(yīng)基團，拓展到各種胞內(nèi)生物分子的檢測，為活細(xì)胞生理過程監(jiān)測和疾病診斷提供重要工具。相關(guān)結(jié)果9月24日以全文形式在線發(fā)表在《先進科學(xué)》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(jié)構(gòu)示意圖；(b) 探針標(biāo)記的MCF-7細(xì)胞經(jīng)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(yīng)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(xì)胞內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(xì)胞經(jīng)過0、0.5、1和2 μM ClO-孵育后的UCL比值。