谭蔚泓院士团队：肉眼可读取的近红外荧光可视化技术！
第一作者：Dailiang Zhang
通讯作者：谭蔚泓
通讯单位：湖南大学
荧光可视化技术亟待解决的关键问题
作为一种方便识别、能检测不同环境及生物分析物的首选工具，荧光可视化技术（FV）正迅速发展。目前，FV主要是基于在可见光波长下具有荧光响应的荧光探针而设计的。
尽管目前已取得一些研究进展，但此类探针仍然存在可见光响应的固有问题，如强自体荧光、较大的背景噪音、较差的穿透性等，这是该技术从实验室到临床转化最大的阻碍。
成果简介
为了突破这些障碍，谭蔚泓院士研究团队设计了一种简单的NIR-FV策略，该策略通过启动-输入-传导机制可对NIR荧光响应实现肉眼“透视”检测。
要点1. 设计原理
设计光气响应性NIR荧光团为信号引发剂，其与光气的特定反应用作信号输入，以使由镧系元素掺杂的纳米晶体（LNC）组成的换能器敏化，从而实现裸眼读出。通过这种启动-输入-转导系统，由痕量光气触发的NIR反应的选择性可视化是可以预期的。原因有以下两点：
1）使用分析物响应的NIR荧光团代替常规的NIR吸收Ln3+离子，可直接捕获NIR光子。在这种情况下，由于摩尔吸收系数的增加，NIR光的捕获效率可以提高几个数量级，这将显著提高NIR-Vis转换效率，从而提高检测灵敏度；
2）光气的NIR-FV只有在有序的“双模式开启”过程之后才能实现，这样可以最大限度地减少背景和环境干扰，从而突破了传统FV方法中信噪比（SBR）瓶颈。
要点2. 新型配体设计
设计并合成了包括LNC敏化单元，光气识别单元和LNC连接单元的新型配体（CyNN），并制备了CyNN修饰的NaYF4：Yb，Er@NaYF4：Nd核壳纳米晶体（NdLNCs@CyNN）。
在光气存在下，CyNN与之迅速反应，通过图2A中所示的反应生成CyNN-CO，在几秒钟内在约800 nm处产生强吸收（图2B、C）。从而促进LNC壳中从CyNN-CO到Nd3+的有效非放射性能量转移，然后通过双光子上转换过程敏化Yb3+激活Er3+以发出可见荧光（图3）。除了定量检测，Nd-LNCs@CyNN还可将不可见光气诱导的NIR荧光响应直接转换为肉眼读数。随着光气的增加，可以在几秒钟内直接观察到“关闭”和浓度依赖性的绿色发射增强（图4）。即使在光气为20 nM的情况下，在几乎可以忽略的背景下，仍可以清晰地观察到转换后的近红外响应。
图2：(A) CyNN和光气反应示意图; (B) 有无光气条件下，CyNN的吸收光谱; (C) CyNN对光气的响应动力学。
图3：感应光气后，肉眼识别Nd-LNCs @ CyNN的NIR荧光响应的机理示意图。
要点3. 强大的可渗透荧光
除了更佳的SBR外，NIR-FV探针还可以在整个厚组织上实现强大的可渗透荧光。这种深层的穿透能力可以使Nd-LNCs@CyNN消除对光气检测的环境干扰。另外，此策略中的传感器非常灵活，只需更改LNC中的元件组件即可调整发射输出。加上合适的启动器设计，该平台可以促进同时检测多种分析物和多个信号输出。
图4：不同浓度光气条件下，在黑暗中用808nm激光激发Nd-LNCs@CyNN的数码成像图
小结
一种基于多功能启动输入转换平台的非常规NIR-FV检测策略被成功开发。以光气作为研究对象，发现该方法能高效、快速地将光气诱导的“关-开”近红外荧光响应转换为无仪器、灵敏度高、特异性好、背景干扰和环境干扰小的裸眼读数。通过进一步探索其他近红外响应荧光团，这种策略有望成为一种通用工具，方便、经济、但功能强大地识别和检测许多有害分析物。
参考文献：
Dailiang Zhang, Linlin Wang, Xi Yuan, et al. Naked-Eye Readout of Analyte-Induced NIR Fluorescence Responses by an Initiation-Input-Transduction Nanoplatform. Angew Chem Int Edit, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911113
https://doi.org/10.1002/anie.201911113