大家有沒有想過，能否利用光來“探測”身體裏的問題？其實，現代科學已經實現了這一設想，通過“上轉換髮光”技術，結合特殊的材料，科學家可以用光信號來檢測體內物質，甚至實現疾病的早期診斷。

近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所的蔣長龍、楊亮研究員團隊，在可視化熒光檢測領域取得重大突破。研究人員通過向材料“添加一點鋅”，使這些“會發光”的材料變得更靈敏、更智能，從而能夠更精確地檢測血液中的膽紅素水平。

這項研究就像爲醫生們提供了一件新的“診斷利器”，爲黃疸的早期診斷帶來新希望。相關研究成果已發表於國際知名期刊《分析化學》。

黃疸：隱藏的健康威脅

黃疸，尤其是新生兒黃疸，是一個不容忽視的健康問題。它像隱藏在新生兒身邊的“小惡魔”，影響着約60%的新生兒，甚至成爲新生兒早期死亡的主要原因之一。膽紅素是血清素分解代謝後形成的“小廢物”。在健康人的血液裏，遊離膽紅素的水平通常乖乖地維持在在1.7μM至10.2μM之間。但如果患上黃疸，膽紅素水平會像脫繮的野馬一樣異常升高。然而，當濃度低於32μM時，患兒可能不會表現出典型的黃疸症狀。這就如敵人潛伏在暗處，而我們卻難以察覺。因此，快速、準確地檢測血清中的膽紅素濃度至關重要。

圖片來源：veer圖庫

上轉換髮光：光的“逆向魔法”

通常情況下，我們看到的燈光或激光，是通過吸收特定波長的光後，釋放出相同或更低能量的光。但是上轉換髮光卻截然不同，它能吸收低能量的光，釋放出更高能量的光，就像一種“逆向魔法”。上轉換納米粒子（UCNPs）猶如一羣“特工”，其獨特之處在於能夠消除背景熒光的干擾，因此在檢測複雜生物樣品中的小分子時具有顯著優勢。然而，這些“特工”也有短板：UCNP固有的低發光強度和量子產率，限制了上轉換髮射強度，使其在生物檢測領域的應用受到制約。因此，想要靈敏檢測出遊離膽紅素，研發出具有高發射強度的UCNP熒光探針就成了關鍵。

圖片來源：中國科學院固體物理研究所

鋅離子“魔法”：調控晶格，點亮熒光

研究團隊發現，向UCNPs中摻雜鋅離子，就像在材料內部安裝了“能量加速器”。鋅離子的加入，讓納米顆粒的晶格結構從六方相轉變爲立方相（類似於改變積木的排列方式），縮短了稀土離子間的距離，能量傳遞效率大幅提升，發光強度提升了22倍！這種“晶格調控”不僅顯著提高了熒光強度，還保持了顏色穩定性，爲高靈敏度檢測奠定了基礎。

上轉換納米粒子的晶格轉變及發光增強

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

雙模式傳感器：顏色與熒光雙保險

研究團隊將鋅摻雜的UCNPs與磺基水楊酸（SSA）、鐵離子結合，設計出一種高效的上轉換納米探針，並構建了一個可用980 nm近紅外激發的上轉換視覺傳感平臺。這個平臺如同一位“超級偵察兵”，在膽紅素出現時，它能通過熒光和比色梯度的變化，精準鎖定膽紅素。

這種“雙保險”設計使檢測更加可靠，熒光模式的靈敏度達到21.4納摩爾，比傳統方法快數倍，且不受血液中其他成分干擾。

傳感器的熒光及比色工作原理

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

熒光傳感器可以靈敏地通過顏色顯示膽紅素的濃度

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

手機變身檢測儀？便攜式診斷新方案

更令人驚歎的是，團隊開發了一款基於3D打印技術的便攜檢測平臺，只需搭配智能手機即可完成分析。操作非常簡單：將血清樣本滴入檢測盒，用手機拍攝顏色或熒光變化，通過APP分析RGB值即可獲取膽紅素濃度。臨牀測試表明，該技術對健康人血清和黃疸患兒血清的檢測結果，與醫院標準方法的檢測結果高度一致，且操作便捷，適合醫療資源有限的地區使用。

（圖片來源：分析化學Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524）

這項突破性研究，不僅爲黃疸的早期診斷提供了新工具，更展現了科技在醫療領域的巨大潛力——讓精準醫療變得更快速、更智能、更普惠。未來，隨着技術的進一步優化和推廣，這項成果或將成爲守護新生兒健康的重要防線，也爲其他疾病的檢測開闢了新思路。科學的光芒，正照亮更多生命的希望。

參考文獻：

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.

出品：科普中國

作者：張嵐鵬 楊亮（中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所）

監製：中國科普博覽