与传统的分子荧光标记材料（如荧光染料）相比，稀土上转换纳米发光材料不仅化学稳定性高、荧光寿命长、潜在生物毒性低，而且由于采用近红外光源激发具有较大的光穿透深度、无生物组织自荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点，在荧光生物检测和成像等领域具有重要的应用前景。目前上转换纳米荧光标记材料发展的瓶颈问题是其量子产率低。提高上转换发光效率、探索新型高效的上转换纳米荧光标记材料一直是人们关注的焦点与努力的目标，也是该类材料能否获得实际应用的关键。 

　　在国家自然科学基金杰出青年和促进海峡两岸科技合作联合基金、科技部“863”计划和重大科学仪器开发项目、中国科学院战略性先导科技专项等支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，首次采用热分解的方法，通过高温前驱体注射包覆合成了发光性能优良的LiLuF₄:Ln³⁺核壳结构上转换纳米晶。多层核壳包覆显著提高了纳米晶的上转换发光效率，其中Er³⁺和Tm³⁺的绝对量子产率分别达到5.0%和7.6%，为目前已报道单分散稀土掺杂上转换纳米晶的最高值。特别地，该纳米晶经表面修饰后可作为上转换荧光探针实现对疾病标志物的高灵敏特异性检测。例如，上转换异相检测人绒毛膜促性腺激素 β 亚单位（β-hCG，一种重要的肿瘤标志物）的检测限达到3.8 ng/mL，与正常人血清中β-hCG的水平相当。此外，该团队通过概念性验证实验，表明LiLuF₄纳米探针是一种多功能生物标记，可用于多模态生物成像如计算机断层扫描（CT）成像和肿瘤细胞的上转换荧光靶向成像。相关研究成果近期以卷首插画（Frontispiece）的形式发表在《德国应用化学》杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252-1257），并被选为热点论文。 

　　此前，陈学元研究小组在基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物检测方面取得了相关研究进展（Coord. Chem. Rev., 2014,DOI: 10.1016/j.ccr.2013.11.017; Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6924）。例如利用超小CaF₂:Ce³⁺/Tb³⁺纳米荧光探针实现对一种人体肿瘤标志物可溶性尿激酶受体（suPAR）的时间分辨荧光共振能量传递（TR-FRET）检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671）。 

LiLuF₄:Ln³⁺上转换纳米荧光探针用于肿瘤标志物检测与靶向成像多功能