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上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

文檔作者：賈國(guó)超1，一，職愛(ài)民1，宋春美1，張靜1，李夢(mèng)琴2，張改平1+ 文檔來(lái)源： 1．河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)部動(dòng)物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年06月30日
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第3卷第6期
2012年12月
食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)v01．3 No．6
J0umal ofFood Safet)，and Quality Dec．，2012
上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用
賈國(guó)超1，一，職愛(ài)民1，宋春美1，張靜1，李夢(mèng)琴2，張改平1+
∞
(1．河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)部動(dòng)物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、、河南省動(dòng)物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州450002；
2．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，鄭州450002)
摘要：上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)是基于上轉(zhuǎn)磷光體的新型檢測(cè)技術(shù)，因其獨(dú)特優(yōu)越性，成為標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)中新的研究
熱點(diǎn)。本文綜述了上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)的研究機(jī)制、國(guó)內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r等。發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在大腸桿菌、布
魯氏菌、鏈球菌等食品安全檢測(cè)中應(yīng)用效果極佳，但當(dāng)前技術(shù)仍有一定缺陷，亟需通過(guò)改進(jìn)合成工藝、表面修
飾等方法完善，進(jìn)一步推進(jìn)其在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)；上轉(zhuǎn)磷光體；食品安全應(yīng)用
Up-conVerting phosphor technology
offood safety
and its application in the field
detection
JIA Guo—Cha01’-，ZHI Ai．Minl，SONG Chun—Meil，ZHANG Jin91，LI Meng．Qin2，ZHANG Gai．Pin91'+
q．Key Ldbordtory彤Animdl Immunolo緲彭the蜥ntstry對(duì)AgricultHre，Hen硎Pmvincidl Key Labordtory對(duì)Animdl
Imm”noiogy，Hennn Acndemy對(duì)Agric"lttlrn|Sciences，zhengzho¨4soO啦，ChinnI
2．InSntHte對(duì)Food Science and 1Rchnology，Henan Agriculttlrni Untversi玲，zhengzhou 450Q眈，Chin∞
ABSTRACT：The up—conVening phosphor technology(UPT)based on up-conVerting phosphor(UCP)is a
new kind of detection technology and because of its unique features it has become the topic of much new re—
search in mark detection technology．This article mainly reViewed the mechanism，application and deVelopmental
situation of UPT．It was found that UPT had a favorable ef佟ct on。E活c矗gric磊i8 cDZf，6磁cPZ，G and s≠地p一
肋cD∞姍in the矗eld of food safety detection，but the current technology still had some certain defects．Through
the improvement of synthesis techn0109y and surface modmcation memods，the UPT could be enhanced and its
application in the field of fbod safety detection could be more useful．
KEY、)舊RDS：up-conVerting phosphor techn0109y；up—conVening phosphor；food security applications
1 前口
食品安全是事關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)和諧和人民切身
利益的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。解決好食品安全是一個(gè)復(fù)雜的
系統(tǒng)工程，其中合適的檢測(cè)技術(shù)不可或缺。傳統(tǒng)的理
化檢測(cè)方法如高壓液相色譜法【1]、氣質(zhì)聯(lián)用法【2】、毛
細(xì)管電泳法【3]等雖具有準(zhǔn)確的突出特點(diǎn)，但存在樣品
前處理復(fù)雜、耗時(shí)費(fèi)力、成本居高不下等問(wèn)題，難以
適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。免疫學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)因其具有簡(jiǎn)便、
快速、特異、敏感和低成本等優(yōu)勢(shì)，可以在極短時(shí)間
范圍內(nèi)檢測(cè)到糧食、蔬菜、奶制品等多種食品中的小
分子污染物，因而一直得到國(guó)內(nèi)外高度重視【4】?！笆?
五”期間在國(guó)家科技部、農(nóng)業(yè)部等科研項(xiàng)目的支撐下，
我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展非常迅速，特別是ELIsA
及膠體金免疫試紙，涌現(xiàn)出來(lái)多個(gè)優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)
及科技創(chuàng)新性企業(yè)。但是，對(duì)于某些特殊的檢測(cè)靶標(biāo)
基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201003008)
t通訊作者：張改平，中國(guó)工程院院士，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：動(dòng)物免疫學(xué)和藥物殘留。
E—ma訂：zhanggaipin92003@yahoo com．cn
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
570 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)第3卷
來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的免疫學(xué)快速檢測(cè)方法很難在較短的開(kāi)
發(fā)周期內(nèi)迅速滿足食品安全檢測(cè)的需要，亟待研制
一種可以在抗體特異性確定的前提下提高靶標(biāo)檢測(cè)
靈敏度的快速檢測(cè)技術(shù)與方法，以便最大限度地保
護(hù)我國(guó)消費(fèi)者的健康。上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)(up—converting
phosphor technology，uPT)可以大幅度提高特定抗體
的檢測(cè)敏感度，為此問(wèn)題的解決提供了思路。本文旨
在就上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用等進(jìn)行綜述，以
期為本領(lǐng)域的科研工作者提供有益的參考。
2上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)概述
2．1 上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)及發(fā)展
uPT是一種具有高度安全、靈敏、穩(wěn)定，基于上
轉(zhuǎn)磷光體(up—converting phosphor，UCP)的新型檢測(cè)
技術(shù)。uCP是由稀土元素?fù)诫s某些晶體晶格構(gòu)成的、
能產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換磷光現(xiàn)象的特殊材料，其磷光顆粒能
吸收至少2個(gè)光子的低能量，并發(fā)射能譜高、單波長(zhǎng)
的可見(jiàn)光【51，移除激發(fā)光源后，在10_8 s以上仍可持
續(xù)發(fā)射光。
法國(guó)學(xué)者Auzel等在1966年研究鎢酸鈉釔玻璃
時(shí)意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基質(zhì)材料中摻入稀土離子Yb等時(shí)，
可以在紅外輻射激發(fā)下發(fā)射出可見(jiàn)光，從而正式提
出“上轉(zhuǎn)換發(fā)光”的觀點(diǎn)，開(kāi)始上轉(zhuǎn)換熒光相關(guān)研究
[6】。20世紀(jì)90年代末，美國(guó)國(guó)防部準(zhǔn)備資助三家公
司研制手持式uPT生物傳感器，計(jì)劃用于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上
可能使用的多種生物戰(zhàn)劑進(jìn)行快速預(yù)警[71。目前，國(guó)
外有關(guān)uPT技術(shù)的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，而國(guó)內(nèi)只有
中國(guó)科學(xué)院、北京熱景生物技術(shù)有限公司、軍事醫(yī)學(xué)
科學(xué)院等幾家機(jī)構(gòu)從事基于ucP免疫層析試紙和
uPT生物傳感器的研究[8】。目前，國(guó)際上用于檢測(cè)單
鏈核酸、IFN—r分泌物、布魯氏菌、耶爾森氏鼠疫桿
菌的試紙已經(jīng)成功問(wèn)世。
2．2上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)的特點(diǎn)
常用的熒光標(biāo)記物在食品安全檢測(cè)時(shí)，其缺陷
不可避免。熒光素和熒光染料因有光穩(wěn)定性低、光譜
重疊等弊端，對(duì)食品中微生物成像造成不良影響；量
子點(diǎn)雖然具有激發(fā)光譜寬和光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但含
有有毒重金屬離子，嚴(yán)重危害被檢測(cè)的生物體【9’舊]。研
究發(fā)現(xiàn)?]，上述標(biāo)記物在紫外波段下發(fā)生激發(fā)光時(shí)，
生物組織及其肽、蛋白質(zhì)、核酸等會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的背景
熒光，某些熒光素甚至?xí)a(chǎn)生生物學(xué)毒性，導(dǎo)致
抗原或抗體的靈敏度和選擇性下降，影響實(shí)際檢測(cè)
效果。
ucP作為完全惰性的無(wú)機(jī)發(fā)光材料，具有特殊
的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，經(jīng)過(guò)表面修飾與活化后，能
克服上述標(biāo)記物的缺點(diǎn)，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如靈敏
度高，具有獨(dú)特的上轉(zhuǎn)發(fā)光現(xiàn)象，消除了在檢測(cè)時(shí)來(lái)
自于外界背景因素的引起的不良影響【12】；耐用性強(qiáng)，
穩(wěn)定性好，ucP的光學(xué)性質(zhì)能避免檢測(cè)樣品腐蝕和
自身衰變所造成的光解、發(fā)光淬滅、閃爍以及光漂
白[13，141；高度簡(jiǎn)易，精簡(jiǎn)樣品預(yù)處理過(guò)程，利用uCP
可進(jìn)行直接檢測(cè)；ucP的吸收光譜和發(fā)射光譜可進(jìn)
行自由組合，多樣化光譜使多重分析變成現(xiàn)實(shí)；安全
無(wú)污染，無(wú)機(jī)惰性好、紅外光激發(fā)、可見(jiàn)光發(fā)射使得
基于UcP的檢測(cè)對(duì)于測(cè)試者、試驗(yàn)樣品、環(huán)境毫無(wú)
危害[15】。uPT以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)如靈敏度好、有
效期長(zhǎng)、通量高、無(wú)干擾，成為標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)中新的
研究熱點(diǎn)。
尤其是uCP具有絕無(wú)僅有的上轉(zhuǎn)發(fā)光現(xiàn)象，即
與一般熒光顆粒“高能光激發(fā)、低能光發(fā)射”的下轉(zhuǎn)發(fā)
光有所不同，uCP顆?？蛇M(jìn)行“低能光激發(fā)、高能光
發(fā)射”的上轉(zhuǎn)發(fā)光。由此，使得uCP顆粒作為標(biāo)記物
應(yīng)用于食品安全檢測(cè)領(lǐng)域，具有無(wú)背景、無(wú)蟀滅、可
定量等有別于傳統(tǒng)標(biāo)記物的顯著優(yōu)勢(shì)，并可最終實(shí)
現(xiàn)高靈敏、特異、穩(wěn)定的現(xiàn)場(chǎng)定量檢測(cè)。
2．3上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制
uPT本質(zhì)是一種反斯托克斯發(fā)光，即輻射的能
量大于所吸收的能量，其通過(guò)吸收較低能量的紅外
光，發(fā)射高能量的可見(jiàn)光來(lái)實(shí)現(xiàn)能量上轉(zhuǎn)換【16】，也
是一種反斯托克斯現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，上轉(zhuǎn)換熒光的基
本機(jī)制分為激發(fā)態(tài)吸收、能量轉(zhuǎn)移和光子雪崩三個(gè)過(guò)
程，完成上轉(zhuǎn)換熒光過(guò)程大致需要六個(gè)步驟，如圖1
所示，APTE為光子添加能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，EsA為激發(fā)態(tài)
吸收，cOs為合作敏化，coL為合作發(fā)光過(guò)程，TPAE
為雙子光激發(fā)過(guò)程，PA為光子雪崩過(guò)程‘"’201。
2．3．1 激發(fā)態(tài)吸收(excited state absorption，ESA)
激發(fā)態(tài)吸收過(guò)程為單個(gè)離子的吸收，是上轉(zhuǎn)換
發(fā)光的核心過(guò)程，其原理是某一基態(tài)水平的離子在
連續(xù)吸收多光子的條件下躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)
能級(jí)的一個(gè)過(guò)程。此離子吸收一個(gè)能量的光子到達(dá)至
中間亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，如果此時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)波長(zhǎng)的光，則
可將處在亞穩(wěn)態(tài)上的離子激發(fā)至一個(gè)更高的能級(jí)上，
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第6期賈國(guó)超，等：上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用57l
REl REl RE2
(A1
fAlAPTE
(B)
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REl REl RE2
(C)
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圖1上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制
Fig．1 Mechanism of up—conVersion photoluminescence
此過(guò)程稱(chēng)為“雙光子吸收”過(guò)程。如果其能量滿足匹配
要求，該離子還有可能躍遷到更高的激發(fā)態(tài)能級(jí)上，
形成三光子、四光子吸收等，高能級(jí)上粒子數(shù)越多，激
光發(fā)射的頻率就越高，進(jìn)而產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象[1引。
2．3．2 能量轉(zhuǎn)移(energy transfer，ET)
根據(jù)能量轉(zhuǎn)移方式不同可分為連續(xù)能量轉(zhuǎn)移、交
叉弛豫、合作上轉(zhuǎn)換三種形式。當(dāng)處在中間態(tài)的離子
滿足以下條件：(1)被激發(fā)到中間態(tài)的離子數(shù)量足夠
多；(2)2個(gè)激發(fā)態(tài)離子，能量相當(dāng)接近，則此激發(fā)態(tài)
離子通過(guò)相互作用，其中一個(gè)離子退回到低能態(tài)，另
一個(gè)離子則被激發(fā)至高能態(tài)，由此產(chǎn)生輻射躍遷【l91。
2．3．3 “光子雪崩”過(guò)程(photon aValanche，PA)
該機(jī)制的基礎(chǔ)是：一個(gè)能級(jí)上的粒子在交叉馳
豫的作用下，使另一個(gè)能級(jí)上產(chǎn)生特殊的抽運(yùn)效果，
其量子效率大于1。增大激發(fā)光強(qiáng)度，縮短建立平衡時(shí)
間，有利于增強(qiáng)平衡吸收，出現(xiàn)較好的上轉(zhuǎn)換結(jié)果。
3 上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用
常用液相沉積法、Lemieux．von Rudloff法、無(wú)機(jī)
殼層修飾法、化學(xué)修飾法等方法將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆
粒表面進(jìn)行氨基化、醛基化、羧基化修飾，以增強(qiáng)其
在水溶液中的分散性和穩(wěn)定性，使其易于和生物大
分子相結(jié)合，目前研制出了上轉(zhuǎn)換熒光生物探針、上
轉(zhuǎn)換熒光免疫層析等，使用效果極佳。
3．1 國(guó)外食品檢測(cè)領(lǐng)域上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)的應(yīng)用
國(guó)外對(duì)uPT在食品安全檢測(cè)的研究較多。Katri
等【211將上轉(zhuǎn)換熒光原理應(yīng)用于血清中雌二醇素的檢
測(cè)，實(shí)驗(yàn)中分別將La202S：Yb3+、0yste卜556與雌二醇
素偶聯(lián)作為能量供體和能量受體，對(duì)實(shí)際樣品血清
中雌二醇素進(jìn)行免疫檢測(cè)，結(jié)果十分理想，檢測(cè)限為
0．9 nm。John等[22]在食品用水病原體檢測(cè)的報(bào)告稱(chēng)
酹L
(F)
(F)PA
uPT無(wú)背景熒光干擾，安全快速，結(jié)合非放射性地高
辛標(biāo)記抗體UPT分子儀能檢測(cè)1 ng的病毒DNA，是
未來(lái)檢測(cè)生活用水、食品工業(yè)用水的發(fā)展方向之一。
Paul等【23】采用uPT構(gòu)建血吸蟲(chóng)檢測(cè)橫向流分析平臺(tái)，
和CAA．ELISA技術(shù)相比，uPT-LF能檢測(cè)36份循環(huán)
陽(yáng)性抗原，CAA．ELISA只能檢測(cè)到15份循環(huán)陽(yáng)性抗
原，此技術(shù)將在動(dòng)物性食品安全檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大
潛能。
3．2 國(guó)內(nèi)食品檢測(cè)領(lǐng)域上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)的應(yīng)用
目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于UPT的應(yīng)用主要集中在生物、
醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所
已經(jīng)研制完成的多種uPT系統(tǒng)，可對(duì)不同類(lèi)型的靶
標(biāo)如單一靶標(biāo)、雙靶標(biāo)、多個(gè)靶標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。在
此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了大腸桿菌0157、霍亂弧菌01群0139
群、副溶血弧菌、李斯特菌、沙門(mén)氏菌等多種食品安
全相關(guān)病原體的快速定量檢測(cè)【241。
3．2．1 上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在布魯氏菌、大腸桿菌中
的應(yīng)用
曲勃等[25】成功研制出用于檢測(cè)動(dòng)物樣品布魯氏
菌的上轉(zhuǎn)換熒光免疫層析檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)限5×106
cfIl／mL，靈敏度變化范圍2．0×103～3．9×105cfu／mg。王
靜等【26】建立了腸出血性大腸桿菌0157上轉(zhuǎn)磷光免層
析快速檢測(cè)方法，該法能在40 min內(nèi)完成檢測(cè)。應(yīng)用
于23種28株常見(jiàn)腸桿菌科細(xì)菌，無(wú)交叉反應(yīng)，檢測(cè)
靈敏度為5×103 cfu／mL，每次至少能檢測(cè)50個(gè)細(xì)菌，
分別將奶類(lèi)、面粉類(lèi)、糕點(diǎn)類(lèi)、果汁飲品類(lèi)等中不同，
的固體、半固體、液體食品樣本加以稀釋?zhuān)瑫r(shí)添加
腸出血性大腸桿菌0157：H7至10 7 cfi】／mI，，靜置10
min或短暫離心(3000“s，1 5 s)，吸取上層液體進(jìn)行檢
測(cè)，樣品類(lèi)型對(duì)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有產(chǎn)生不良影響，樣
品檢測(cè)靈敏度達(dá)到103 c糾mL。此法比膠體金技術(shù)相
1．；：y I肛 非肛
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
572 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)第3卷
比具有高通量的優(yōu)勢(shì)，可用于快速檢測(cè)食品、環(huán)境樣
品中的污染菌，效果極佳。
3．2．2上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在抗2型豬鏈球菌抗體
中的應(yīng)用
鄭峰等‘271通過(guò)對(duì)本研究室表達(dá)的溶菌酶釋放蛋
白(uramidase teleased protein，MRP)重組蛋白進(jìn)行
UcP標(biāo)記，制備出基于M]RP雙抗原夾心法的UPT免
疫層析試紙，建立了一種檢測(cè)抗2型豬鏈球菌抗體的
現(xiàn)場(chǎng)快速診斷方法。選擇重組MRP蛋白檢測(cè)豬感染
s．suis 2后產(chǎn)生的抗體，結(jié)果證明，所建立的uPT免
疫層析體系可在15 min內(nèi)完成對(duì)抗s．suis 2抗體的檢
測(cè)，快速、靈敏，操作不受實(shí)驗(yàn)室限制，非常適于在
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)豬和人的血清中抗s．suis 2抗體進(jìn)行高通量快
速檢測(cè)，有利于流行區(qū)對(duì)該病的疫情監(jiān)測(cè)預(yù)警，保證
動(dòng)物性食品安全。
表l UPT系統(tǒng)與western blot、ELISA的檢測(cè)結(jié)果比較㈣
1rable 1 1’est results by UPT compared with Western blot
and ELISAl27】
3．2．3其他應(yīng)用
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所【28]
發(fā)明了上轉(zhuǎn)換納米粒子標(biāo)記適配子的熒光生物探針，
克服了半導(dǎo)體量子點(diǎn)(QDs)標(biāo)記適配子的生物探針?biāo)?
存在缺陷，如損傷生物體核酸、QDs的潛在毒性、化
學(xué)不穩(wěn)定性等。用水溶性上轉(zhuǎn)換納米粒子為熒光供體，
以親和素為媒介連接適配子和生物素制備出此探針，
適用于大多數(shù)靶分子，親和力高。在980 nm光的激
發(fā)下，相應(yīng)的熒光信號(hào)就可以被檢測(cè)到。
劉成輝等【29]采用聚丙烯酸對(duì)NaYF4：Yb，Er納米
粒子進(jìn)行表面修飾，由于其表面帶有大量羧基，故將
帶氨基的生物分子通過(guò)化學(xué)鍵固定在納米粒子表面，
制成納米粒子熒光探針，在980 nm激光的激發(fā)下測(cè)
定其熒光強(qiáng)度，測(cè)試表明其分析靈敏度高，最低可檢
測(cè)到0．1 ng／mL的羊抗人IgG。
劉蕾等[3 o]研發(fā)出一種以上轉(zhuǎn)換磷光材料作為標(biāo)
記物的生物傳感器。該系統(tǒng)能通過(guò)檢測(cè)試紙條上顆粒
含量，計(jì)算出食品樣品中特定生物分子濃度，實(shí)現(xiàn)了
對(duì)多種病原體的快速檢測(cè)和定性、定量分析。該檢測(cè)
系統(tǒng)對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)樣品的檢測(cè)結(jié)果線性響應(yīng)特陛極佳，且
與掃描型檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果十分接近。郭永剛等[3u
為實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中細(xì)菌的檢測(cè)，合成了NaYF4：Yb，Er
上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，并對(duì)其進(jìn)行表面修飾進(jìn)而作
為標(biāo)記物來(lái)檢測(cè)DNA的雜交，達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
他們還通過(guò)此顆粒與傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記物Cy3對(duì)比發(fā)
現(xiàn)，上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒具有熒光度強(qiáng)、檢測(cè)成本低
和安全無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)，揭示了上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒在
節(jié)約疾病診斷成本和細(xì)菌監(jiān)測(cè)方面都具有廣闊的應(yīng)
用前景。
4 上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品領(lǐng)域應(yīng)用中面臨
的問(wèn)題
UPT在檢測(cè)領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力，但其在在食
品安全檢測(cè)應(yīng)用中還存在一系列問(wèn)題，如合成工藝
問(wèn)題、表面修飾問(wèn)題、應(yīng)用現(xiàn)狀問(wèn)題等。
4．1 制備工藝
材料特性和制備工藝聯(lián)系密切，不同工藝中基
質(zhì)聲子態(tài)密度變化、敏化劑、質(zhì)物料配比的變化對(duì)上
轉(zhuǎn)換效率都會(huì)產(chǎn)生一定影響[32】。為了便于被掃描儀
掃描和檢測(cè)，需改善稀土發(fā)光材料合成工藝，制備出
發(fā)光度強(qiáng)、相關(guān)性能好的新型上轉(zhuǎn)換熒光材料。
目前，要獲得高發(fā)光強(qiáng)度的uCP，需在制備過(guò)程
中加入敏化劑，同時(shí)還要保證發(fā)光中心、敏化中心的
能級(jí)匹配且均勻地出現(xiàn)在納米尺度的基質(zhì)中[33，341。上
轉(zhuǎn)換激光效率最重要重的因素是稀土離子能級(jí)的無(wú)
輻射躍遷的過(guò)程，而聲子參與無(wú)輻射躍遷過(guò)程，為了
提高上轉(zhuǎn)換激光的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，解決問(wèn)題的關(guān)鍵就是
必須設(shè)計(jì)制備合適的稀土摻雜基質(zhì)材料，合理調(diào)整、
配比基質(zhì)物料，采用新型敏化劑和恰當(dāng)?shù)某檫\(yùn)途徑，
從而降低基質(zhì)材料的聲子能量，提高量子效率。
4．2表面修飾
UCP在直接使用時(shí)易出現(xiàn)分散性和穩(wěn)定性不佳
等問(wèn)題，因此需要在不影響其熒光強(qiáng)度的前提下進(jìn)
一步研究發(fā)光材料表面修飾問(wèn)題，以期使其具有較
好的水溶性和生物相容性。納米顆粒的核殼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)
表面修飾，可以極大增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度；采用液相
包覆沉積法對(duì)UCP表面進(jìn)行氨基修飾，材料的懸浮
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第6期賈國(guó)超，等：上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用573
性和穩(wěn)定性都得到了提高，利用Lemieux．von Rud—
loff法氧化材料表面的油酸分子，顆粒經(jīng)過(guò)表面羧基
修飾后在水中的分散性能極佳。同時(shí)我們還要明確納
米顆粒與抗體的相互作用以及偶聯(lián)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與
功能的影響，ucP只有在表面修飾上化學(xué)鍵后才能同
抗體成鍵聯(lián)接，而且其表面修飾的化學(xué)鍵只能同生
物體特定的化學(xué)鍵結(jié)合，不能影響生物體其他功能
正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如其復(fù)制、藕聯(lián)和雜交等生物過(guò)程【3引。
4．3 應(yīng)用范圍
目前，uPT大多用于生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，而食品
領(lǐng)域相關(guān)研究尚處在起步階段，相關(guān)技術(shù)還不太成
熟，用于檢測(cè)食品中農(nóng)藥、獸藥殘留的uPT免疫層
析試紙還未見(jiàn)報(bào)道；制備方法和修飾技術(shù)尚還存在
一些問(wèn)題，因此限制了其在食品安全檢測(cè)中的推廣
應(yīng)用。需進(jìn)一步加速研究用于食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的上
轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)，建立基于uPT的競(jìng)爭(zhēng)型免疫側(cè)向?qū)?
析試紙技術(shù)平臺(tái)。
5 前景展望
上轉(zhuǎn)換熒光納米材料具有毒性低、理化性質(zhì)穩(wěn)
定、發(fā)光強(qiáng)度高而穩(wěn)定、斯托克斯位移大、無(wú)生物樣
品自體熒光干擾、散射和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，使得基于
UCP的上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù)近年來(lái)得到快速發(fā)展?，F(xiàn)階
段，相關(guān)研究者利用uPT已在疾病檢測(cè)等方面取得
巨大成功，但在檢測(cè)食品中農(nóng)藥、獸藥殘留方面尚未
取得突破性進(jìn)展，所以如何進(jìn)一步開(kāi)展新型上轉(zhuǎn)換
熒光納米顆粒制備與表征、抗體標(biāo)記以及建立uPT
免疫層析技術(shù)平臺(tái)等相關(guān)研究具有深遠(yuǎn)的意義，尤
其是將uPT和免疫層析試紙技術(shù)相結(jié)合，將為高敏
感度、定量的食品安全快速檢測(cè)提供技術(shù)支持，與膠
體金免疫檢測(cè)試紙相互補(bǔ)充，廣泛應(yīng)用于農(nóng)獸藥殘
留及食品違禁添加物的快速檢測(cè)中，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意
義巨大。
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(責(zé)任編輯：張宏梁)
作者簡(jiǎn)介
賈國(guó)超，碩士研究生，研究方向：食品
安全檢測(cè)。
E-mail：jiaguocha02007@163．com
張改平，中國(guó)工程院院士，博士生導(dǎo)師，
主要研究方向：動(dòng)物免疫學(xué)和藥物殘留。
E—miI：zhaq鵲aipin92003@yalloo．co肌cn 9厶豆

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