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手机一拍就能查黄疸?这项黑科技让早期诊断更简单

www.kyoudi.com 2025-06-06 16:36 医学

出品:科普中国

作者:张岚鹏 杨亮(中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所)

监制:中国科普博览

大家有没有想过,能否利用光来“探测”身体里的问题?其实,现代科学已经实现了这一设想,通过“上转换发光”技术,结合特殊的材料,科学家可以用光信号来检测体内物质,甚至实现疾病的早期诊断。

近日,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的蒋长龙、杨亮研究员团队,在可视化荧光检测领域取得重大突破。研究人员通过向材料“添加一点锌”,使这些“会发光”的材料变得更灵敏、更智能,从而能够更精确地检测血液中的胆红素水平。

这项研究就像为医生们提供了一件新的“诊断利器”,为黄疸的早期诊断带来新希望。相关研究成果已发表于国际知名期刊《分析化学》。

黄疸:隐藏的健康威胁

黄疸,尤其是新生儿黄疸,是一个不容忽视的健康问题。它像隐藏在新生儿身边的“小恶魔”,影响着约60%的新生儿,甚至成为新生儿早期死亡的主要原因之一。胆红素是血清素分解代谢后形成的“小废物”。在健康人的血液里,游离胆红素的水平通常乖乖地维持在在1.7μM至10.2μM之间。但如果患上黄疸,胆红素水平会像脱缰的野马一样异常升高。然而,当浓度低于32μM时,患儿可能不会表现出典型的黄疸症状。这就如敌人潜伏在暗处,而我们却难以察觉。因此,快速、准确地检测血清中的胆红素浓度至关重要。

图片来源:veer图库

上转换发光:光的“逆向魔法”

通常情况下,我们看到的灯光或激光,是通过吸收特定波长的光后,释放出相同或更低能量的光。但是上转换发光却截然不同,它能吸收低能量的光,释放出更高能量的光,就像一种“逆向魔法”。上转换纳米粒子(UCNPs)犹如一群“特工”,其独特之处在于能够消除背景荧光的干扰,因此在检测复杂生物样品中的小分子时具有显著优势。然而,这些“特工”也有短板:UCNP固有的低发光强度和量子产率,限制了上转换发射强度,使其在生物检测领域的应用受到制约。因此,想要灵敏检测出游离胆红素,研发出具有高发射强度的UCNP荧光探针就成了关键。

图片来源:中国科学院固体物理研究所

锌离子“魔法”:调控晶格,点亮荧光

研究团队发现,向UCNPs中掺杂锌离子,就像在材料内部安装了“能量加速器”。锌离子的加入,让纳米颗粒的晶格结构从六方相转变为立方相(类似于改变积木的排列方式),缩短了稀土离子间的距离,能量传递效率大幅提升,发光强度提升了22倍!这种“晶格调控”不仅显著提高了荧光强度,还保持了颜色稳定性,为高灵敏度检测奠定了基础。

上转换纳米粒子的晶格转变及发光增强

(图片来源:分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524)

双模式传感器:颜色与荧光双保险

研究团队将锌掺杂的UCNPs与磺基水杨酸(SSA)、铁离子结合,设计出一种高效的上转换纳米探针,并构建了一个可用980 nm近红外激发的上转换视觉传感平台。这个平台如同一位“超级侦察兵”,在胆红素出现时,它能通过荧光和比色梯度的变化,精准锁定胆红素。

这种“双保险”设计使检测更加可靠,荧光模式的灵敏度达到21.4纳摩尔,比传统方法快数倍,且不受血液中其他成分干扰。

传感器的荧光及比色工作原理

(图片来源:分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524)

荧光传感器可以灵敏地通过颜色显示胆红素的浓度

(图片来源:分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524)

手机变身检测仪?便携式诊断新方案

更令人惊叹的是,团队开发了一款基于3D打印技术的便携检测平台,只需搭配智能手机即可完成分析。操作非常简单:将血清样本滴入检测盒,用手机拍摄颜色或荧光变化,通过APP分析RGB值即可获取胆红素浓度。临床测试表明,该技术对健康人血清和黄疸患儿血清的检测结果,与医院标准方法的检测结果高度一致,且操作便捷,适合医疗资源有限的地区使用。

便携式传感平台对胆红素的检测

(图片来源:分析化学Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3515–3524)

这项突破性研究,不仅为黄疸的早期诊断提供了新工具,更展现了科技在医疗领域的巨大潜力——让精准医疗变得更快速、更智能、更普惠。未来,随着技术的进一步优化和推广,这项成果或将成为守护新生儿健康的重要防线,也为其他疾病的检测开辟了新思路。科学的光芒,正照亮更多生命的希望。

参考文献:

1.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.

Tags:传感器早期诊断精准医疗黄疸

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