第一作者：Dailiang Zhang
通訊作者：譚蔚泓
通訊單位：湖南大學
熒光可視化技術亟待解決的關鍵問題
作為一種方便識別、能檢測不同環境及生物分析物的首選工具，熒光可視化技術（FV）正迅速發展。目前，FV主要是基于在可見光波長下具有熒光響應的熒光探針而設計的。
盡管目前已取得一些研究進展，但此類探針仍然存在可見光響應的固有問題，如強自體熒光、較大的背景噪音、較差的穿透性等，這是該技術從實驗室到臨床轉化最大的阻礙。
成果簡介
為了突破這些障礙，譚蔚泓院士研究團隊設計了一種簡單的NIR-FV策略，該策略通過啟動-輸入-傳導機制可對NIR熒光響應實現肉眼“透視”檢測。
要點1. 設計原理
設計光氣響應性NIR熒光團為信號引發劑，其與光氣的特定反應用作信號輸入，以使由鑭系元素摻雜的納米晶體（LNC）組成的換能器敏化，從而實現裸眼讀出。通過這種啟動-輸入-轉導系統，由痕量光氣觸發的NIR反應的選擇性可視化是可以預期的。原因有以下兩點：
1）使用分析物響應的NIR熒光團代替常規的NIR吸收Ln3+離子，可直接捕獲NIR光子。在這種情況下，由于摩爾吸收系數的增加，NIR光的捕獲效率可以提高幾個數量級，這將顯著提高NIR-Vis轉換效率，從而提高檢測靈敏度；
2）光氣的NIR-FV只有在有序的“雙模式開啟”過程之后才能實現，這樣可以最大限度地減少背景和環境干擾，從而突破了傳統FV方法中信噪比（SBR）瓶頸。
圖1：以光氣響應的近紅外熒光團為引發劑，可裸眼識別的啟動-輸入-轉導納米平臺的概念示意圖。
要點2. 新型配體設計
設計并合成了包括LNC敏化單元，光氣識別單元和LNC連接單元的新型配體（CyNN），并制備了CyNN修飾的NaYF4：Yb，Er@NaYF4：Nd核殼納米晶體（NdLNCs@CyNN）。
在光氣存在下，CyNN與之迅速反應，通過圖2A中所示的反應生成CyNN-CO，在幾秒鐘內在約800 nm處產生強吸收（圖2B、C）。從而促進LNC殼中從CyNN-CO到Nd3+的有效非放射性能量轉移，然后通過雙光子上轉換過程敏化Yb3+激活Er3+以發出可見熒光（圖3）。除了定量檢測，Nd-LNCs@CyNN還可將不可見光氣誘導的NIR熒光響應直接轉換為肉眼讀數。隨著光氣的增加，可以在幾秒鐘內直接觀察到“關閉”和濃度依賴性的綠色發射增強（圖4）。即使在光氣為20 nM的情況下，在幾乎可以忽略的背景下，仍可以清晰地觀察到轉換后的近紅外響應。
圖2：(A) CyNN和光氣反應示意圖; (B) 有無光氣條件下，CyNN的吸收光譜; (C) CyNN對光氣的響應動力學。
圖3：感應光氣后，肉眼識別Nd-LNCs @ CyNN的NIR熒光響應的機理示意圖。
要點3. 強大的可滲透熒光
除了更佳的SBR外，NIR-FV探針還可以在整個厚組織上實現強大的可滲透熒光。這種深層的穿透能力可以使Nd-LNCs@CyNN消除對光氣檢測的環境干擾。另外，此策略中的傳感器非常靈活，只需更改LNC中的元件組件即可調整發射輸出。加上合適的啟動器設計，該平臺可以促進同時檢測多種分析物和多個信號輸出。
圖4：不同濃度光氣條件下，在黑暗中用808nm激光激發Nd-LNCs@CyNN的數碼成像圖
小結
一種基于多功能啟動輸入轉換平臺的非常規NIR-FV檢測策略被成功開發。以光氣作為研究對象，發現該方法能高效、快速地將光氣誘導的“關-開”近紅外熒光響應轉換為無儀器、靈敏度高、特異性好、背景干擾和環境干擾小的裸眼讀數。通過進一步探索其他近紅外響應熒光團，這種策略有望成為一種通用工具，方便、經濟、但功能強大地識別和檢測許多有害分析物。
參考文獻：
Dailiang Zhang, Linlin Wang, Xi Yuan, et al. Naked-Eye Readout of Analyte-Induced NIR Fluorescence Responses by an Initiation-Input-Transduction Nanoplatform. Angew Chem Int Edit, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911113
https://doi.org/10.1002/anie.201911113
