荧光生物成像是一种广泛应用于观察生物现象的技术。目前荧光成像大多使用荧光蛋白和量子点作为标记，激发光通常为可见光。然而，与波长较长的近红外（NIR）光相比，短波长光（如可见光）的能量高，会产生以下不良影响：
- 更严重的光漂白
- 对生物样品的光毒性更高
- 较高的散射导致穿透深度有限
上转换成像是一种通过近红外（NIR）光激发，获取可见荧光信号的观测技术。近年来，该技术因提供了一种克服上述荧光成像问题的方法而一直备受关注。
什么是上转换？
上转换是指长波长光（如近红外光）激发并发射比激发光波长更短的光（可见光或紫外光）的现象。
上转换纳米颗粒（UCNP）成像可使用连续波（CW）二极管激光器进行激发，并通过近红外光进行多步激发，以发射短波长、高能量的可见光。
图1.光子上转换概念图
上转换成像的优势是什么？
使用UCNP进行的荧光成像可使用近红外波长激光（808 nm、980 nm等）进行激发，能够以较少的散射深入组织和生物体成像。此外，由于长波长光的能量较低，因此与使用能量较高的可见光进行激发相比，长波长光对生物体造成的损害较小。UCNP还具有高度稳定性，不易发生光漂白，因此非常适合细胞和活体成像。
此外，上转换的激发可以使用连续波二极管激光器来实现，而不需要使用高功率脉冲激光器。这样，研究人员就能在近红外生物光学窗口*内进行实验，只需使用共聚焦显微镜系统即可，而无需使用更复杂、更昂贵的多光子显微镜系统。
图2.带有用于上转换的激光导入装置的FLUOVIEW系列共聚焦显微镜示例
可使用上转换的应用示例：
- 笼锁化合物的解笼锁
- 激活离子通道
- 神经刺激
- 发光共振能量转移（LRET）
图3.受精后五天的斑马鱼幼体。
将U87胶质瘤细胞与5 ug/ml聚唾液酸包覆的UCNP共同培养12小时，然后注射到受精后5天的斑马鱼幼鱼体内，并确定纳米颗粒在斑马鱼体内的分布情况。
绿色通道：转基因斑马鱼内皮细胞表达的GFP
红色通道（UCNP）：DSPE-PEG包覆的70 nm核壳NaYbF4:Tm@NaYF4纳米粒子，无其他标记
图像承蒙麦考瑞大学工程学院Yiqing Lu提供。
EVIDENT上转换解决方案
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* 生物光学窗口：近红外波长范围（650 nm-1000 nm）的光线容易穿透生物体。
参考文献
▸Na Ren, Na Liang, Xin Yu, Aizhu Wang, Juan Xie, Chunhui Sun. Ligand-free upconversion nanoparticles for cell labeling and their effects on stem cell differentiation. Nanotechnology. 2020 Apr 3;31(14):145101.
▸Yanxiao Ao, Kanghua Zeng, Bin Yu, Yu Miao, Wesley Hung, Zhongzheng Yu, Yanhong Xue, Timothy Thatt Yang Tan, Tao Xu, Mei Zhen, Xiangliang Yang*, Yan Zhang, and Shangbang Gao. An Upconversion Nanoparticle Enables Near Infrared-Optogenetic Manipulation of the Caenorhabditis elegans Motor Circuit. ACS Nano 2019, 13, 3, 3373–3386.
▸Yong-Xiang Wu, Xiao-Bing Zhang, Dai-Liang Zhang, Cui-Cui Zhang, Jun-Bin Li, Yuan Wu, Zhi-Ling Song, Ru-Qin Yu, Weihong Tan. Quench-Shield Ratiometric Upconversion Luminescence Nanoplatform for Biosensing. Analytical Chemistry 2016, 88, 3, 1639–1646.
