稀土摻雜無機納米晶具有高光化學穩定性、幾乎無毒性、窄線寬、長熒光壽命、高發光效率和可調諧熒光發射波長等優點，是目前普遍看好的新一代熒光生物標記材料。然而，熒光生物標記材料對納米晶的發光、尺寸、水溶性以及生物安全性等都有著極高的要求，特別是生物體內成像與熒光共振能量傳遞（FRET）免疫分析應用，更是要求納米晶兼具高效發光與超小尺寸（<10 nm）。作為一種高效的稀土摻雜基質材料，CaF2具有極好的生物相容性。但是，由于稀土離子的異價摻雜與表面熒光猝滅效應，目前制備超小高效發光稀土摻雜CaF2納米晶仍是一個技術難題。

　　在科技部“863　”計劃和重大科學儀器開發項目、國家自然科學基金以及中科院“百人計劃”等支持下，中科院福建物質結構研究所光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組和結構化學國家重點實驗室黃明東研究小組合作，采用鈉離子共摻技術，通過高溫共沉淀法合成了粒徑小于10nm的單分散CaF2:Ln3+及其核殼結構納米晶。

　　鈉離子的共摻雜顯著提高了納米晶的晶化與發光性能，同時引起超小尺寸（~3.8nm）CaF2:Ce,Tb納米晶反常尖銳的光譜線劈裂，并拉長了熒光壽命（~12 ms）。該納米晶經表面修飾后可作為時間分辨（TR）熒光生物探針實現對生物分子的高靈敏特異性檢測。例如，在TRPL異相檢測與TR-FRET均相檢測中，對親和素蛋白的檢測限分別達到48和164pM，為目前已報道的稀土納米晶時間分辨熒光探針中最好記錄；進一步地，項目組首次利用這種超小納米熒光探針檢測腫瘤標志物可溶性尿激酶受體（suPAR），檢測限達到328pM，該值與腫瘤患者血清中suPAR水平相當；最后，利用所制備的CaF2:Ln3+納米熒光探針成功地實現了其在人體肺腺癌細胞的上轉換和下轉換熒光靶向成像。相關研究成果近期發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.2013, DOI:10.1002/anie.201302481）。

　　此前，該研究小組在稀土摻雜納米熒光標記材料的可控合成、光譜學以及生物醫學應用方面取得了相關研究進展，如利用NaYF4:Ce3+/Tb3+和KGdF4:Tb3+納米熒光探針，分別實現對4.8和5.5nM親和素蛋白的均相TR-FRET檢測（Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 6306; J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1323）；合成具有良好生物相容性的5 nm左右的ZrO2:Tb3+納米晶，并實現3nM親和素蛋白的TR-FRET檢測與人體肺腺癌細胞的靶向生物成像（J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 15083）。

 

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