上转换发光

Rose

一、背景
早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloemberge在Physical Review Let— ter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、H03+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
二、优点
上转换发光具有如下优点：①可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；②不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；③输出波长具有一定的可调谐性。
三、稀土上转换材料的应用
随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。上转换发光在上转换激光器、光纤放大器、三维立体显示和防伪领域都具有很好的应用前景。上转换研究的一个主要应用，是以它作为泵浦机制来实现篮、绿和紫波段的激光器。上转换激光器以其体积小、可产生可见光波长的激光倍受重视。
随着80年代半导体激光器的迅速发展和稀土离子掺杂的玻璃光纤质量的提高，以半导体激光器作共振泵浦的上转换光纤激光器的研究以其转换效率高、激光阈值低、体积小、结构简单可靠等优良性引起了重视。随着科学技术的发展，人们已经不满足于现有的信息成果。在显示领域中，由于经济、科技、教育、交通等领域的需要，以实现逼真及大容量信息显示的三维立体显示越来越适应人们的要求，并要求显示器能够显示更多、更快和更复杂的立体图像。上转换三维立体显示器正是适应这种要求而产生的，它不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类计算机处理的高速动态立体图像。   
四、目前存在的问题
稀土离子上转换发光材料的研究是发光材料研究中的一个热点。就目前而言，其上转换发光的机理、稀土离子的掺杂方案、基质材料、上转换发光效
率和上转换激光器件结构等仍然是研究人员所关注的焦点。  

一、床旁快速检测及我国发展现状    床旁快速检测是检测技术发展的大势所趋。随着经济的发展、社会的进步和人口整体素质的提高，新的技术、新的理念和新的思维不断引入医学检验领域，新形势下要求新型的检验技术除可在大型医疗中心或实验室使用外，还能够走出医院，走进社区，面向基层。面对多种需求，床旁快速检测（Point Of Care Testing，POCT）应运而生。    POCT是一类极具潜力的检测技术，是诊断领域的集大成者，是高科技的缩影；它快速简便、效率高、成本低、检验周期短、标本用量少，不需专业的临床检验师操作，可以省去诸多标本预处理步骤，以及大型仪器设备检测、数据处理及传输等大量繁琐的过程，直接快速地得到可靠的结果。同时，其试剂稳定且便于保存和携带，可被广泛用于急诊室、检验科、社区基层医院与家庭。有数据显示，POCT市场在美国每年大约以12%的速度增长，销售额达数十亿美元。2004年在欧洲市场仪器和试剂的销售额为1.22亿欧元，2007年销售额达到24.8亿欧元。    我国POCT市场国外产品呈垄断趋势。美国自1995年即由临床实验室标准化委员会（National Committee for Clinical Laboratory Standards简称NCCLS）发表了AST2-P文件，对床边体外诊断检验进行标准化管理，而我国自本世纪才开始进行定量POCT检测技术的研究，远滞后于国外。目前，国内的POCT市场，小到血糖监测大到肿瘤标志物、心肌标记物检测，均为国外产品垄断，这其中主要包括罗氏公司（Roche）的心血管疾病快速诊断系统（Cardiac Reader）等多个检测技术仪器，这些进口POCT产品均使用了传统现场检测技术——免疫层析，只是利用荧光素、荧光颗粒等光学材料作为标记物将传统胶体金的定性结果予以定量显示，而国内的一些POCT技术平台及其产品直接使用简单的CCD相机对胶体金结果进行灰度量化分析，由于胶体金灰度量化只能实现半定量，所以仍旧无法满足临床需要。由此可见，一直以来自主开发诊断试剂配套所需仪器设备，特别是全定量POCT仪器是我国诊断试剂产业的短板。    上转发光是上转换发光技术（Up-converting Phosphor Technology, UPT）的简称。“石油在中东，稀土在中国”，中国作为稀土资源大国，如何实现稀土资源的高端利用一直以来都是国家关注的重点问题。而稀土元素所具有的独特的核外电子排布，赋予其绝无仅有的光学特性并成为了稀土资源高端利用的突破口。上转发光材料（Up-Converting Phosphor，UCP）正是充分发挥了稀土元素的光学特性。UCP颗粒是由稀土元素所构成的晶体合成材料，独特的化学组成与晶体结构，使其具有绝无仅有的上转发光现象，即与一般荧光颗粒“高能光激发、低能光发射”的下转发光有所不同，UCP颗粒可进行“低能光激发、高能光发射”的上转发光。由此，使得UCP颗粒作为标记物应用于生物领域，具有无背景、无焠灭、可定量等有别于传统标记物的显著优势，并可最终实现高灵敏、特异、稳定的现场定量检测。    以UPT技术作为桥梁，将“UCP颗粒”与经典的现场检测技术“免疫层析”相结合，铸就全定量POCT产品——上转发光（UPT）免疫分析仪及系列配套试剂。          二、上转发光国内外技术现状、发展趋势    UCP颗粒作为生物标记物所具有的独特优势在1995年便已引起了美国军方的重视，在国防部下属DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）的大力支持之下，开发了基于上转换发光技术的手持式传感器（UPT-based handheld sensor）以及流式细胞仪（Compact  UPT-based flow cytometers）（如图1），用于对战场上可能使用的多种生物战剂进行快速的预警与鉴定。并于2006年尝试将UPT技术由军用特需转为民用医疗保健、违禁药品筛查，但是由于技术发展、市场定位方面存在的问题，自2007年起美国在UPT方面的研究基本停滞，技术升级、产业开发、推广普及更是无从谈起。                      图1：美国早期研制的手持生物传感器（左）与流式细胞仪（右）    就国内而言，以军事医学科学院、北京热景生物技术有限公司、中国科学院为主体的多学科交叉的研究团队，自2001年起开始自主进行UPT系统研究，研制出纳米（10-20nm）尺度高发光效率UCP颗粒，突破了以亚微米（400nm）UCP颗粒作为标记物的传统思路，最终建立了从纳米UCP颗粒制备、纳米UCP颗粒修饰活化、纳米UPT免疫层析技术平台建立、UPT生物传感器研制在内的完整技术平台，并经过系统中试调整，获得了大批量生产的完整工艺流程。目前，已拥有获得国家认可的上转发光免疫分析仪以及十余种POCT检测急需的系列配套试剂。在此基础上，UPT多重检测方面的技术储备，也为UPT技术在POCT领域的应用以及满足POCT对高性能技术的需求，奠定了坚实的基础。从而，使得我国在“UPT临床快速诊断应用”方面的研究水平，处于世界领先地位。    本技术平台是由军事医学科学院、中国科学院、北京热景生物技术有限公司共同开发，现已申请专利22项（其中发明专利11项，国际PCT专利1项），涵盖包括UCP颗粒制备、UCP颗粒表面修饰与活化、UPT免疫层析技术平台、UPT试剂产品与生产工艺、UPT生物传感器在内的整个技术平台，建立起有效的“专利群”、“专利树”保护。此外，还就研究中所取得的一些突出的创新点申请了国际PCT专利（PCT/CN2007/001344），并进入了英、法、德、美、日、澳、香港等7个国家或地区的国家审查阶段，为UPT技术的深入发展及海外市场拓展奠定基础。    图2：多种UPT免疫层析技术平台    （单靶标检测、二重检测、十通道检测）       三、全定量POCT技术平台应用情况    1. 在生物事件应急处置中的应用    生物事件应急处置是所有现场检测中对技术性能要求最为苛刻的。现场样本复杂多样，离子强度、pH值、粘稠度等性状变化范围极大，同时操作人员多不具备专业技能。这就要求检测能够同时满足操作简便、样品耐受性强、检测结果准确等诸多需求。而这也正是UPT系统的优势所在。    上转发光免疫分析仪及其配套试剂经过新疆、青海、云南、内蒙疾病预防控制中心的现场系统评价，已可满足上述需求。现已推广至北京市卫生局、中国检验检疫科学研究员等多个职能单位，对炭疽、鼠疫、布鲁氏菌等多种烈性病原体进行现场快速检测。截至2010年12月，累计推广上转发光免疫分析仪100多台，试剂2万余份，为2008年北京奥运会安保、2009年哈尔滨大冬会、2010年上海世博会安保、2010年广州亚运会提供了有力的生物安全保障。    2. 在临床医学POCT床旁快速检测中的应用：      由于北京热景生物技术有限公司所生产的众多优良的高端临床诊断抗体及所具有的POCT产品研发推广经验，使得UPT系统在生物事件应急处置的基础上拓展至POCT领域，着力于UPT免疫分析仪与配套UPT免疫层析急诊检测试剂的优化、研发和生产。临床应用显示，UPT系统检测血清/全血都适宜，时间只需要10-15分钟，灵敏度为胶体金灵敏度的10-100倍，定量准确，操作简单，适合临床使用。             图3：上转发光免疫分析仪    到目前为止，已研制完成上转发光免疫层析试剂三大类27种。生物反恐类6种：鼠疫菌、炭疽芽孢、布鲁氏菌、抗鼠疫菌FI-Ag抗体、抗鼠疫菌V-Ag抗体、抗SARS-CoV抗体；食品安全类11种：肠出血性大肠杆菌O157、沙门氏菌（甲/乙/丙型副伤寒、伤寒、鼠伤寒、肠炎、猪霍乱）、霍乱弧菌O1群、霍乱弧菌O139群、副溶血弧菌；临床检验类10种：广谱CRP（超敏+普通）、肝癌甲胎蛋白AFP、GP73；心梗心衰NT-proBNP、cTnI；肝纤维化等等。    四、总结    上转发光免疫分析仪及试剂的操作简便，只需要3-4步，一般操作人员只需经过简单培训即可顺利使用。检测对象包括血清、血浆、全血、动物腐败脏器等，整个检测可在10-15分钟内完成，该技术能实现简便、现场、快速、定量、高敏感的检测，可以应用于广大的二级及二级以下医院，包括社区医院；而在大型医院可以发挥床旁诊断（即时诊断）的效果，特别是急诊等场合；该技术在国际上只有中美两国拥有，美国技术存在瓶颈趋于停滞，而我国的临床应用已经开始，该技术的成功研发使得我国拥有一项国际领先的免疫诊断技术平台，是我国体外诊断技术的一大进步。

js_clia

都是一次性的   这种试剂真上量了的话  稀土资源的消耗是不是大了点   个人认为能用别的方法检测的尽量别用这种珍贵资源