图1. 基于稀土掺杂纳米发光探针的无背景检测技术示意图

疾病总伴随着一些特定生物分子的产生或含量的改变，这些生物分子可作为疾病标志物，及早、准确地识别这些疾病标志物，尤其是提高这些靶标分子的检测极限，有助于疾病的早期诊断、疗效监测和愈后追踪。随着纳米技术与纳米材料的飞速发展，荧光探针已被广泛用于疾病标志物的灵敏检测。

传统荧光探针及检测技术存在光化学稳定性差、背景信号高等弊端，限制了其生物检测的灵敏度及准确性。稀土掺杂纳米探针具有较高的光稳定性、较低的毒性和优异的光学性质，得到了国内外学者的广泛关注。然而，稀土离子存在吸收截面低和发光强度弱的瓶颈，影响了生物检测应用的前景。

针对此问题，实验室陈学元团队涂大涛研究员等总结了团队十余年来开发的稀土掺杂纳米探针在荧光检测以及生物医学领域的应用探索(图1)。首先，介绍了具有理想光学性能的稀土掺杂纳米颗粒的控制合成方法，以及提高发光效率的调控手段，发展了通用的表面生物偶联方法以得到生物相容性高的纳米探针。随后，探讨了面向无背景检测技术的稀土纳米探针的设计策略，重点提出了基于稀土离子独特的下转移/上转换发光特性的三种无背景检测技术：时间分辨荧光检测、近红外二区荧光检测和上转换荧光检测，这些技术均能有效抑制生物检测中背景荧光信号的干扰。近期，团队还发展了溶解增强荧光免疫分析和双重激发/发射比率型荧光分析等超灵敏异相/均相检测技术，具体展现了稀土掺杂纳米探针在疾病标志物在临床样本检测中的应用效果，这些研究结果充分表明了这类新型纳米探针在疾病早期诊断方面的巨大应用潜力。最后，结合目前的研究现状，讨论了稀土掺杂纳米探针在临床及市场化应用中所面临的一些机遇和挑战。

这篇述评所介绍的合成设计方法、技术策略及应用实例能够为将来稀土掺杂纳米发光探针的相关研究提供帮助与启发。相关工作以“Lanthanide-Doped Inorganic Nanoprobes for Luminescent Assays of Biomarkers”为题，发表在《材料研究评述》杂志(Acc. Mater. Res. 2023, 4, 193−204)。本文的第一作者是中国科学院大学博士研究生汪路平，通讯作者是中国科学院福建物构所/闽都创新实验室涂大涛和陈学元研究员。