基于上轉換納米材料的免疫檢測技術應用*

黃惠威 李麗華 羅林 沈玉棟 雷紅濤 徐振林**

（1）華南農業大學食品學院，廣東省食品質量安全重點實驗室，廣州 510642；2）華南師范大學未來科技研究院，廣州 510631）

免疫分析方法是指基于抗原抗體特異性結合建立的方法，主要檢測與食品安全、人類健康和環境污染有關的小分子、大分子和病原體等目標物。與常規理化分析方法相比，免疫分析方法具有靈敏度好、特異性強、簡單快捷、成本低、安全可靠和便于現場快速檢測等優點［1-2］，在醫學、食品和環境等領域應用廣泛。免疫分析方法與量子點、貴金屬納米顆粒和上轉換納米顆粒（upconversion nanoparticles，UCNPs）等信號增強材料結合可以顯著降低檢測限，提高靈敏度。UCNPs是由Bloembergen首次提出的一系列能將低能量的近紅外光轉化為高能量的紫外/可見光的發光納米材料。與有機染料、量子點、熒光蛋白、金屬復合物、半導體和貴金屬納米顆粒等傳統納米材料相比，UCNPs具有反斯托克斯位移寬、無自體熒光背景、組織穿透能力較強、生物低毒性和對樣品損傷小等獨特優勢而引起廣泛關注［3-5］。

UCNPs表面易修飾識別分子，具有高效的傳感性能，常被設計為免疫檢測傳感器。構建UCNPs免疫檢測傳感器需要抗體、適配體、酶和有機分子等識別配體［6］?？贵w對蛋白質、細胞或其他大分子物質具有高特異性，通常被修飾在UCNPs表面，廣泛應用于醫學、食品、環境等免疫檢測領域。常見的抗體包括單克隆抗體和多克隆抗體，抗原結合片段、納米抗體和單鏈抗體等基因工程抗體近幾年也被修飾在UCNPs表面，但應用相對較少［7］?；蚬こ炭贵w具有高親和力、高表達量、高穩定性以及較低生產成本等優點［8］，有望成為下一代抗體識別配體?；赨CNPs的免疫檢測傳感器由于成本較低、靈敏度高、特異性強和操作簡便等優勢具備巨大潛力［9］，主要的應用研究有熒光共振能量轉移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）、內濾效應（inner filter effect，IFE）、磁分離技術、上轉化連接免疫吸附技術（upconversion-linked immunosorbent assay，ULISA）和上轉換免疫層析技術。

本文簡要介紹UCNPs的發光機制，闡述UCNPs的合成和表面修飾方法，重點綜述基于UCNPs的免疫檢測技術并對該技術所面臨的挑戰和前景進行總結和展望。

1 稀土元素摻雜的UCNPs發光機制

上轉換發光一般是發生在有機或無機材料中，通過不同機制吸收兩個或多個光子并發射比激發波長短的光的反斯托克斯發光過程［10］。上轉換發光材料采用低頻率（如近紅外光）光子激發，而低頻率光具有組織穿透性強、對生物組織低損傷和降低背景熒光干擾等優勢，因此上轉換發光材料廣泛應用于生物醫學、食品和環境檢測等領域。稀土元素摻雜的UCNPs通常由敏化劑（Yb3+）、激活劑（Er3+、Ho3+、Nd3+和Tm3+等）和無機晶體基質構成［11］，可能存在激發態吸收、能量轉移上轉換、光子雪崩、合作敏化上轉換、合作上轉換、交叉弛豫、能量遷移上轉換和能量級聯上轉換8種上轉換發光機制［12］（圖1）。本文將簡述3種常見的上轉換發光機制：激發態吸收、能量轉移上轉換和光子雪崩。激發態吸收是UCNPs最主要的發光機制，由單個Ln3+活性離子連續吸收兩個低能光子，使激發態E2發生上轉換發光，激發態E1的穩定性則決定了上轉換發射效率，激發態E1越穩定上轉換發光效率越高。除了連續吸收雙光子模型的激發態吸收，連續離子間的能量轉移也會產生高效的上轉換發光。能量轉移上轉換發生在激發態E1的敏化劑離子和激活劑離子中。激活劑離子吸收敏化劑離子轉移的能量后使敏化劑離子回到基態，而激活劑離子提升到激發態E2，實現高效的上轉換發光。光子雪崩是由激發態吸收與交叉弛豫結合產生的一個環形過程。低激光功率下，離子2的激發態E1顯示低效激發態吸收；高激光功率下，高效激發態吸收增加了離子2的激發態E2群體，因此離子2和離子1之間會發生高效的交叉弛豫。之后離子1將能量轉移到離子2的E1態，形成完整循環。循環過程中基態的單個離子最終會生成兩個離子，兩個離子躍遷至E1態，像雪崩一樣以指數方式產生離子，持續上轉換發光。稀土元素摻雜的UCNPs可以提高上轉換發光效率或強度，具有較長的能級壽命，因此具有較優越的發光性能。

Fig.1 Simplified energy level diagram of the upconversion luminescence mechanism圖1 上轉換發光機制簡化能級圖

2 UCNPs合成方法

UCNPs的尺寸、形狀、晶體結構和單分散性等因素受合成方法的影響［13］，因此選擇合適的合成方法對提高上轉換發光效率，探索其化學和光學性能以及在不同領域的潛在應用至關重要［14］。UCNPs的合成方法主要包括共沉淀法［15-17］、熱分解法［18-20］、水熱（溶劑熱）法［21-24］、溶膠-凝膠法［25-27］、微乳法［28］和燃燒法［29-32］等，下面簡述3種最常見的UCNPs合成方法：共沉淀法、熱分解法和水熱法。3種合成方法的優缺點對比如表1所示，期待研究人員未來能夠取長補短，改善技術短板，促進UCNPs合成方法的發展。

Table 1 Advantages and disadvantages of commonly methods for the preparation of UCNPs表1 合成UCNPs的常用方法的優缺點

共沉淀法一般包括混合物形成、成核生長、沉淀、過濾和煅燒5個步驟，是將沉淀劑加入可溶性鹽溶液，溶液中的全部不溶物被析出，再把不溶物進行洗滌、干燥和退火等處理得到所需材料［33］。由于共沉淀法具有簡單、環保、低成本和高回收率等優點，在工業應用中是最有前景的合成方法之一［34-35］。但該方法常因為沉淀劑或其他離子局部濃度過高造成尺寸不均和形貌差異等問題，而且高溫煅燒過程增加了實驗風險，限制了該方法的廣泛應用。因此常添加聚乙烯吡咯、聚乙烯亞胺或乙二胺四乙酸等穩定劑使沉淀物發生配位化合反應［36-37］控制UCNPs高效生長。

熱分解法又稱熱解法，在無水厭氧環境添加油酸和十八烯等常用的高沸點有機溶劑制備稀土有機化合前體物，進而在短時間內合成尺寸和形狀可控，單分散性好且發光效率高的油溶性UCNPs。但該方法存在反應溫度高、反應時間長、需無水厭氧環境、成本高、風險高、會產生毒物和污染環境等缺點，因此期待研究人員未來改善這些技術短板，促進該方法的更廣泛應用［6］。

與可以僅使用高沸點有機溶劑的熱分解法相比，水熱法是以水溶液為基礎的一種著名合成方法，反應溫度較低和對環境較友好。水熱法是在水溶液中混合HF、NH4F、NaF、KF和NH4HF2等氟化物、氯化物、硝酸鹽和氧化物等廉價的前體，密封后轉移到高壓滅菌器中加熱到熔點或高于熔點合成UCNPs。水熱法可通過調控反應時間、溫度、介質pH值和反應物濃度等反應參數，控制UCNPs的形狀、大小和晶體結構［38］。但該方法合成的UCNPs尺寸一般較大會影響靈敏度，且處于密閉環境，不便觀測UCNPs晶體的生長。

3 UCNPs表面修飾方法

UCNPs合成方法不同會產生不同的表面特性造成表面修飾基團和修飾方法不同，修飾基團的差異則會影響修飾功能和表面識別配體的修飾效率。表面親水性修飾和表面靶向性修飾是UCNPs的兩大基本表面修飾方法［50］。表面親水性修飾對提高疏水性配體覆蓋的UCNPs偶聯識別配體能力，進而高特異性結合目標物具有十分重要的意義。本文將詳細闡述6種常用的表面親水性修飾方法（圖2），分別是配體交換法、配體去除法、配體氧化法、表面硅烷化法、兩親聚合物涂層法、逐層組裝法。

Fig.2 Simplified surface hydrophilic modification method圖2 簡化的表面親水性修飾方法圖

3.1 配體交換法

UCNPs最常用的合成溶劑油酸［51］和油胺［52］會使其表面覆蓋一層疏水基團，難以分散于水中。配體交換法屬于最常用的修飾方法之一，是將UCNPs表面疏水基團替換成親水基團，幫助改善親水性。常用的親水性配體有聚丙烯酸［53］、聚乙二醇［54］、聚乙烯吡咯烷酮［55］、聚乙二醇磷酸酯［56］、檸檬酸［57］、巰基癸酸［58］、巰基丙酸［59］、己二酸［60］、3-二巰基丁二酸［61］、聚酰胺胺［62］、葡聚糖［63］、殼聚糖［64］等。配體附帶的功能團不僅會增強UCNPs親水性，改善生物相容性，而且會極大提高識別配體的偶聯率。但是小分子層的覆蓋會增加顆粒厚度，降低UCNPs的發光性能，造成免疫檢測靈敏度的降低。

3.2 配體去除法

與配體交換法相比，配體去除法會減少粒徑或粒徑增加較少，是一種簡單、高效、低成本的UCNPs表面修飾方法［65］。為了去除表面疏水性配體，一般使用酸或乙醇進行攪拌或超聲。但處理結束后的UCNPs易聚集，需要通過含有羥基、羧基、氨基和巰基等基團的水溶性新配體進行表面修飾。新配體能夠直接附著在表面，能夠很好偶聯識別配體，獲得特異性強、高質量和水溶性好的UCNPs傳感器［66］，對UCNPs免疫檢測技術具有十分重要的意義。

3.3 配體氧化法

與其他表面修飾方法相比，配體氧化法對UCNPs的形態、相位、組成和發光性能不會產生明顯影響，能夠直接修飾生物分子。配體氧化法是利用強氧化劑選擇性地將表面疏水性配體的碳碳雙鍵氧化成親水性羧基，成功解決UCNPs疏水性問題。Chen等［67］首次使用Lemieux-von Rudloff試劑將表面油酸配體氧化為壬二酸，表面存在的羧基，使UCNPs易于在水中分散且有助于生物分子的修飾，大幅度提高檢測技術靈敏度和特異性。但該方法氧化反應時間長、產量低、易于聚集，僅適用未被氧化和表面含有碳碳雙鍵的UCNPs，因此限制了該方法的廣泛使用。

3.4 表面硅烷化法

表面硅烷化法是一種在UCNPs上覆蓋硅殼隔絕水，防止發射猝滅的表面修飾方法，使UCNPs具有高親水性、高透光性、低毒性、易功能化、良好的生物相容性等優點［68］。St?ber法［69］和反向微乳法［70］是兩種常見的硅烷化方法，兩種方法使用的試劑不同。St?ber法使用硅酸四乙酯、氨和乙醇發生化學反應，硅酸四乙酯在水解作用下會均勻的覆蓋在UCNPs的表面形成二氧化硅層。反向微乳法則是利用硅酸四乙酯、氨、環己烷和表面活性劑發生化學反應，使二氧化硅均勻生長在疏水性UCNPs表面。但是二氧化硅包裹的顆粒容易聚集，影響顆粒溶解度和分散性，因此需要修改表面親水基團，提高顆粒穩定性，進一步提高UCNPs-生物分子復合物偶聯率。而且二氧化硅在水溶液的穩定性較差和增加UCNPs粒徑，從而降低免疫檢測技術的靈敏度，因此控制二氧化硅層的厚度從而控制復合物顆粒的粒徑尺寸。

3.5 兩親聚合物涂層法

與表面硅烷化法相比，兩親聚合物涂層法不僅極大提高了UCNPs的親水性，而且提高了UCNPs在水溶液中的單分散性和穩定性［71］。該方法是通過疏水相互作用使兩親聚合物的疏水端與UCNPs表面的疏水性配體結合，從而暴露親水端。常見的兩親聚合物有聚己內酯-聚乙烯聚乙二醇、聚丙交酯-聚（乙二醇）、6-氨基己酸、聚（甲基丙烯酸-共十八烯）、聚（苯乙烯-順丁烯二酸酐）等［72-74］。但是兩親聚合物一般難以制造和提純，會增加成本和粒徑，不利于建立免疫檢測技術，因此需要科研人員未來改善該方法劣勢，促進基于UCNPs的免疫檢測技術的進步。

3.6 逐層組裝法

逐層組裝法是指不同電荷的聚合物分子間會相互吸引，然后自組裝到UCNPs表面，具有操作簡單、尺寸和形狀可控等優點。但一些聚合電解質濃度會影響多層聚合物的形成和增加UCNPs厚度，例如依靠靜電吸附作用力形成的逐層自組裝顆粒在復雜樣本中可能出現分子脫附造成修飾結構不穩定，因此與其他方法相比，逐層組裝法應用較少。

4 基于UCNPs的免疫檢測技術

通過摻雜不同的稀土元素可以調整UCNPs的發光性能。但是UCNPs需要實現高效的傳感性能，表面需要進行生物功能性修飾，連接識別配體。常用的UCNPs識別配體有抗體、適配體、有機分子、分子印跡聚合物、酶、共價有機框架和金屬離子等?？贵w一般是指受到抗原刺激后由免疫細胞產生的保護性蛋白，可對某一特定對象表現出高特異性，主要有多克隆抗體、單克隆抗體和基因工程抗體。單克隆抗體具有高純度、高特異性、高效力等優點，是最常用的UCNPs傳感器識別分子［75］。近幾年基因工程抗體修飾在UCNPs表面的方法也在發展，有望成為下一代廣泛應用的抗體識別配體。本文基于UCNPs的5種典型免疫檢測技術進行了總結（圖3），分別是FRET、磁分離技術、ULISA、IFE和上轉換免疫層析技術。

Fig.3 Strategies for the construction of upconversion based sensors圖3 基于上轉換傳感器的構造策略

4.1 基于UCNPs的FRET

上轉換免疫檢測傳感器的研究大部分是基于FRET原理。FRET是一種均相分析檢測技術［76］，指通過靜電偶極-偶極相互作用將供體熒光體的能量轉移到受體熒光體的非輻射性能量轉移過程［77］。一般UCNPs作為能量供體，熒光染料、碳納米材料、貴金屬納米材料和半導體納米材料等作為能量受體。只有供體與受體距離足夠近且供體發射光譜與受體吸收光譜重疊時才可以發生FRET［78］。Li等［79］首次基于特制的UCNPs和金納米顆粒之間的FRET效應，開發了一種超快速、靈敏、現場檢測嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）刺突蛋白的定性定量方法，檢測限（LOD）低至1.06 pg/L，線性檢測范圍為2~32 pg/L。所建立方法優于以往報道的即時生物傳感器，為未來的現場快速病毒篩查和即時診斷鋪平了新的道路。更關鍵是這種設計可以擴展到其他抗原、抗體和蛋白質的檢測（表2）。目前也有一些研究基于抗原結合片段、納米抗體和單鏈抗體等基因工程抗體建立FRET，該技術的進步將為各種生物分析應用開辟新途徑，包括檢測蛋白質生物標記物、激素、濫用藥物、食物和環境毒素等［80］?；贔RET的一步免疫分析適用于非專業終端用戶，為開發用戶友好、可靠的現場檢測奠定良好基礎。但傳統的FRET方法無法實現高通量檢測，因此Shan等［81］設計了一種基于均質FRET的酶聯免疫吸附試驗，它不僅具有相當簡單的樣品預處理操作和簡單的一步孵化操作，而且具有靈敏度十分高和高通量的樣品檢測能力，檢測速度快，可在35 min內檢測出96孔板中的豬流行性腹瀉病毒，檢測限低至TCID50（組織培養感染劑量中位數）104/L，比膠體金試紙免疫檢測技術的靈敏度高10倍。通過驗證臨床樣品，也證明該方法準確性高、重復性高和特異性良好。該方法可很好用于現場檢測，為豬流行性腹瀉病毒的多樣本現場檢測提供了一種有前途的方法，在豬業領域具有巨大潛力。雖然基于FRET的酶聯免疫吸附方法可以很好用于快速篩選和高通量檢測，但由于該方法背景信號相對較高導致靈敏度有限，為了獲得更高的靈敏度，未來可將單分子技術與FRET免疫分析法相結合，特別是可現場實施的技術，從而大幅度減少背景值，顯著提高靈敏度。

Table 2 Summary of the application of the FRET immunoassay sensor based on UCNPs表2 基于UCNPs的FRET免疫檢測傳感器的應用總結

4.2 基于UCNPs的IFE

IFE與FRET原理類似，供體激發和/或發射帶和受體吸收帶重疊時，可以猝滅熒光，但要求較低，供體受體間距離大于10 nm也會發生IFE，因此將熒光傳感器探針功能化的復雜性降至最低。此外，因為沒有新的化合物形成，在IFE過程中UCNPs的壽命不會改變［90］。Si等［91］基于抗體修飾的UCNPs和抗原修飾的金納米顆粒間的IFE，建立了一種快速檢測環境和食品樣品中吡蟲啉殘留的靈敏均質免疫檢測方法。LOD低至0.79 μg/L，恢復50%飽和信號的濃度（SC50）為18.7 μg/L，SC10~SC90的線性檢測范圍為1.39~335.81 μg/L。Chen等［92］采用同樣的方法快速檢測吡蟲啉，SC50為4.3 μg/L，SC10~SC90的線性檢測范圍為0.47~21.37 μg/L，提高了靈敏度和改善了線性范圍。上述高靈敏度的IFE方法是由傳感器吸光度的變化轉換為熒光強度的變化實現的，因此通過IFE對熒光變化的巧妙響應可應用于檢測食品污染物，具有廣闊的應用前景。IFE的出現大大拓寬了基于配體免疫檢測技術的應用范圍，而且要求相對較低。然而，IFE一般需要發生光化學反應，有機分子作為主要的識別配體，但這些分子大部分有毒性，所以迫切需要尋找更安全無毒或低毒的識別配體例如模擬表位肽檢測食品和環境中的污染物。

4.3 基于UCNPs的磁分離技術

與FRET和IFE相比，磁分離沒有改變光學特性，而是在外部磁場下實現UCNPs的富集或分散。磁分離免疫檢測技術一般是以UCNPs和磁性納米顆粒作為探針，當無目標分子時，UCNPs和磁性納米顆粒通過識別配體偶聯在一起，形成磁性納米顆粒-識別配體-UCNPs夾心復合物，UCNPs被磁性納米顆粒富集，導致溶液中的熒光減少；目標分子存在時會導致兩種納米顆粒分離，因此UCNPs沒有被磁性納米顆粒富集而被回收。磁性納米顆粒作為新一代的吸附劑，具有磁性、低毒和生物相容性良好等優點［93］，成為理想的生物分離和純化材料［94］，被廣泛應用于食品檢測［95-96］。磁分離技術與其他技術相比具有簡單、高效、快速和靈敏等優點，成為快速檢測食品和環境污染物的絕佳策略?；诖判约{米顆粒的良好磁性，它在提高上轉換傳感器的特異性方面具有很大的潛力。Zhao等［97］在UCNPs上修飾擬除蟲菊酯抗體，建立了一種檢測擬除蟲菊酯農藥殘留的上轉換磁分離免疫分析方法，LOD均小于0.01 μg/L，回收率為83.4%~97.8%，表明該方法靈敏度高。上轉換磁分離免疫熒光檢測方法的建立，豐富了快速檢測市場的技術手段，為擬除蟲菊酯農藥殘留或其他農藥殘留的檢測提供了理論支持。與酶聯免疫吸附法相比，該方法準確度更高，靈敏度更好。與大型儀器檢測法相比，該方法具有快速、方便、成本低的優點。但是磁分離技術需要高特異性的識別配體抗體，目前食品和環境污染物相應抗體較少，因此在未來研究中可開發更多目標物的抗體，也可通過研究目標物的特性開發出其他特異性好的識別配體。

4.4 基于UCNPs的ULISA

ULISA與酶聯免疫吸附方法測定步驟相似，一抗固定在96孔板，二抗修飾UCNPs，目標物與一抗和二抗結合，在980 nm激光激發下產生的熒光信號反應了目標物濃度。但與傳統酶聯免疫吸附方法相比，ULISA靈敏度更好和檢測范圍更寬。這種利用UCNPs作為信號傳感器的方法未來可能為探索酶聯免疫吸附方法的臨床應用開辟新道路。Hlaacek等［98］克服目前染色劑和熒光標記方法的缺點，使用鏈親和素提高靈敏度，利用UCNPs建立模擬檢測和數字檢測兩種綜合ULISA法對前列腺特異性抗原進行檢測，數字檢測的LOD低至0.8 fmol/L，比傳統熒光標簽的信噪比高50倍。Makhneva等［99］采用鏈親和素修飾的UCNPs建立ULISA法檢測前列腺特異性抗原，LOD低至0.46 ng/L，結果表明UCNPs的使用可顯著提高異質免疫分析靈敏度。Mickert等［100］采用鏈親和素修飾的UCNPs建立模擬檢測和數字檢測兩種綜合ULISA法檢測前列腺特異性抗原，數字檢測比相應的模擬檢測靈敏16倍，LOD低至23 pg/L。低濃度目標物采用數字檢測會顯著提高靈敏度，但該方法會受到泊松噪聲影響，對高濃度目標物則需要進行模擬檢測。與酶聯免疫吸附方法相比，ULISA方法無需酶催化，縮短了檢測時間，提高了靈敏度。此外，可進一步開發模擬表位肽或基因工程抗體修飾UCNPs，減少毒性和提高方法靈敏度，促進ULISA方法的發展。

4.5 上轉換免疫層析技術

上轉換免疫層析技術廣泛應用于檢測感染性細菌、病原體、病毒和食品中殘留物以及腫瘤標志物等（表3）。上轉換免疫層析技術一般是利用抗體修飾的UCNPs作為探針用于免疫層析的即時檢測技術，具有簡單、快速、低成本和易操作等獨特優勢［101］。相比傳統的膠體金免疫層析技術，UCNPs具有光穩定性好和信噪比高的優勢，使上轉換免疫層析技術的靈敏度大幅度提高。但該方法無法通過顏色判讀結果，需要外圍設備分析實驗結果，這些設備一般昂貴且笨重。Gong等［101］開發了一個小型化、便攜式的定制設計的智能手機軟件分析儀（UCNP-LFA分析儀）成功用于檢測5種目標物（核酸、蛋白質、小分子、重金屬離子和細菌），UCNP-LFAs平臺的精度和準確度與膠體金標準方法相當，相關系數大于0.992，與臨床臨界值相比LOD降低至原來的1/5~1/10。UCNPs發光效率低、親水性差和抗體連接效率低是應用于側流免疫層析技術需要克服的挑戰。Huang等［102］通過結合配體交換法和超分子自組裝策略檢測大腸桿菌和達諾沙星，成功解決上述問題，靈敏度提高40倍，檢測范圍擴大一個數量級，并將成本降低20%~40%。上轉換免疫層析技術還廣泛應用于同時檢測兩個或多個目標物，形成了多指標上轉免疫層析技術，用于檢測樣品的各種分析物，具有很大的應用前景。

Table 3 Summary of the application of UCNPs-based upconversion immunochromatography表3 基于UCNPs的上轉換免疫層析技術的應用總結

5 總結與展望

本文簡要介紹了UCNPs的發光機制，并按照傳感器的構造順序材料合成和改性進行闡述，對基于UCNPs的免疫檢測技術及其原理進行詳細回顧。雖然基于識別配體抗體的UCNPs檢測技術提供了生物毒性低、靈敏度高和特異性強的免疫檢測方法，但是在實際應用中還應解決以下問題。a. 與傳統熒光納米材料相比，UCNPs在靈敏度和特異性方面具有顯著優勢，但還需進一步開展對它們的研究，尤其需要解決水溶性和分散度問題?？梢院铣闪捷^小的UCNPs與親水性配體結合或者去除疏水性表面配體，提高UCNPs的水溶性和分散度，促進UCNPs的生物功能化。b. 基于UCNPs的免疫檢測模式普遍單一或者不能同時檢測多個樣品?？梢蚤_發多元檢測技術平臺和多模式同時檢測平臺，盡可能開發新型便攜化、微型化、自動化的定性定量檢測儀器，應用于現場快速高通量檢測。c. 與成熟的免疫檢測技術工業應用相比，UCNPs免疫檢測技術的應用還處在雛形或實驗室階段，與實際的社會應用存在一定差距，尚未取得顯著的社會和經濟效益，許多技術瓶頸亟待研究人員解決，例如UCNPs的上轉換發光效率難維持、合成方式復雜、表面修飾程度和功能化的難控制等問題?？梢酝ㄟ^優化稀土摻雜物濃度和核殼結構提高上轉換發光效率并延長高效的上轉換發光時間，采用一步法簡化合成程序，添加合適的穩定劑控制表面修飾程度。但本文所述成果已初步證明，UCNPs獨特的光學性質及其表面修飾機制的靈活性，均為UCNPs作為納米探針在免疫檢測方面的應用開辟了廣闊前景，值得廣大研究者們去努力挖掘探索。