上转化发光免疫层析,荧光定量免疫层析,荧光定量POCT-微测生物

上转化发光免疫层析快速定量检测技术平台

原理简介

自然界中存在很多有机或无机物质，它们可以在电磁辐射激发下发射荧光或磷光，且在发光过程中遵守Stokes 规则，即发射光的波长长于激发光的波长。而在20 世纪70 年代，科学家们却合成了一类可以反Stokes 规则产生磷光的特殊材料，即UCP。UCP 在红外光区（波长＞780nm）被激发，却可以发射波长远短于激发光的可见光（波长475nm-670nm），即能量上转换。物质构成决定性质特点。UCP 是由稀土金属元素掺杂于晶体的晶格中构成的。在这种材料中有三种主要的成分：主基质（Host Matrix）、吸收子（Absorber）和发射子（Emitter）。作为主基质的晶体材料有：氧硫化物（如Y2O2S、GdO2S、La2O2S 等）、氟化物（如YF3、GdF3、LaF3 等）、镓酸盐（如YGaO3、Y3Ga5O12 等）以及硅酸盐（如YSi2O5、YSi3O7 等）等；常用作吸收子的稀土金属离子有：镱离子（Yb3+）、铒离子（Er3+）、钐离子（Sm3+）等；常用作发射子的稀土金属离子有：铒离子（Er3+）、钬离子（Ho3+）、铥离子（Tm3+）、铽离子（Tb3+）等。吸收子和发射子这一离子对在主基质晶格内适宜的空间取向和距离，是产生上转换发光的基础。上转换发光的产生是一个涉及多个（至少两个）光子的光学过程。在这个过程中（如图1），UCP 内的吸收子（如Yb3+）至少要吸收两个低能量光子（红外光区,如970nm），而后经过一系列内部能量转换，以非辐射的形式(A1→A2，A2→A3)将这两个光子的能量连续传递给发射子（如Er3+），以使其处于激发态（A3）。后者接着发生一个返回基态能级的跃迁，释放一个高能光子（可见光区，如525nm 或540nm），完成能量上转换。

不同的吸收子、发射子、主基质结合可使UCP 具有不同的光学性质。如：主基质相同的情况下，一系列UCP 采用相同的吸收子，不同的发射子，则它可由相同波长的红外光激发，产生不同波长的发射光（如：980nm 红外光激发吸收子- Yb3+—发射子- Er3+、吸收子- Yb3+—发射子- Tm3+，分别发射550nm 绿色可见光、475nm 蓝色可见光）；采用不同的吸收子，相同的发射子，则虽经由不同的激发光，但却可产生相同的发射光。主基质不同的情况下，UCP 光谱特征也将改变（如：吸收子- Yb3+—发射子- Er3+，在主基质YF3、GdF3 中，分别发射红色和绿色的可见光）。组成的多样性决定了UCP 光谱（激发光谱、发射光谱）的多样性，由此也就进一步缔造了其在生物应用中的显著优势。而真正使得UCP 实现生物应用的是上转换发光技术（Up-Converting Phosphor Technology ,UPT），即对UCP 颗粒进行一系列的表面修饰与活化后，将其作为生物标记物与多种生物活性分子相结合，并最终应用于生物医学检测领域，在红外光的照射下以其独特的上转换发光指示生物活性分子之间高敏感特异性的识别。在该技术的基础之上，UCP 作为新型标记物与免疫层析技术、生物传感技术交相融合，在生物医学检测领域中充分地发挥使其所具有的特性：

u 高度的敏感性：独有的上转换发光现象确保了UCP 在检测的过程中绝不存在来自于外界的背景干扰；

u 高度的灵活性：UCP 发光标记物的特性以及独特的可自由组合的多样化特征光谱（吸收光谱和发射光谱），使其可同时适用于定量分析与多重分析；

u 高度的稳定性：UCP 的发光现象是产生于结构内部的纯粹物理过程，且其以能量较低的红外光作为激发光，因而完全避免了来自检测样品腐蚀以及自身衰变导致的发光淬灭；

u 高度的安全性：惰性合成材料、红外光激发、可见光发射使得基于UCP 的检测对于检测者、被检测品、环境均无任何危害。

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