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荧光内滤效应技术在生物检测和疾病标志上的应用

田丹碧 ,  吴胜男 ,  张浩 ,  江凌 ,  霍峰蔚

化学进展 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (2/3) :413-421

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化学进展 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (2/3) :413-421 DOI: 10.7536/PC180511
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荧光内滤效应技术在生物检测和疾病标志上的应用

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Application of Inner Filter Effect Technology in Biological Detection and Disease Markers

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摘要

荧光内滤效应(inner filter effect,IFE)作为一个重要的非辐射能量转换模型,其作用机理是吸收剂的吸收光谱与荧光剂的激发光谱或发射光谱或两者同时发生谱带重叠,导致荧光剂的激发峰/发射峰的荧光被猝灭。合适的供体-受体对是成功组建IFE传感器检测目标物的重要因素。近年来,IFE技术以其操作简单、灵敏度高,无需修饰供体,无需供体与受体连接,已经引起科研工作者广泛的研究。早期诊断和早期治疗是预防疾病发生和保护健康最为有效的办法。本综述总结了近几年来IFE技术检测酶活、农药、代谢物及小分子化学物质等生物标志物在疾病标志和健康监控上的研究成果,分析了基于“turn-off”法、“turn-on”法以及“ratiometric fluorescence assay”法构建的IFE传感器的独特设计并讨论了各方法的优缺点。最后,简要指出了IFE技术在疾病标志和健康监控上的优点和实际应用时所存在的障碍,并对IFE技术和疾病监控手段未来的发展前景进行了展望。

Abstract

As an important non-irradiation energy conversion model, the mechanism of inner filter effect(IFE) is that the absorption spectrum of the absorbers overlaps with the excitation spectrum or emission spectrum or both spectra of the fluorophor, resulting in the fluorescence quenching of the excitation peak/emission peak of the fluorophor. The suitable donor-acceptor pair is a significant factor for successfully constructing IFE sensors to detect targets. In recent years, IFE technology has been widely studied by researchers because of its simple operation, high sensitivity, no need to modify donor and link donor and receptor. Disease is a serious threat to people’s health. Early diagnosis and early treatment are the most effective ways to prevent disease and protect health. This review summarizes the research results of IFE technology in recent years for detecting enzyme activities, pesticides, metabolites and small molecular chemicals on disease markers and health monitoring, and explains the unique design of IFE sensors based on "turn-off", "turn-on“and “ratiometric fluorescence assay” method. The advantages and disadvantages of each method are also discussed. Finally, the advantages and practical obstacles of IFE technology in disease labeling and health monitoring are briefly pointed out, and the prospects for the future development of IFE technology and disease surveillance methods are also prospected.

Graphical abstract

关键词

荧光内滤效应 / 疾病标志物 / 酶活 / 农药 / 代谢物

Key words

inner filter effect(IFE) / disease markers / enzyme activity / pesticides / metabolites

引用本文

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田丹碧, 吴胜男, 张浩, 江凌, 霍峰蔚. 荧光内滤效应技术在生物检测和疾病标志上的应用[J]. 化学进展, 2019, 31(2/3): 413-421 DOI:10.7536/PC180511
Danbi Tian, Shengnan Wu, Hao Zhang, Ling Jiang, Fengwei Huo. Application of Inner Filter Effect Technology in Biological Detection and Disease Markers[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(2/3): 413-421 DOI:10.7536/PC180511

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Contents

1 Introduction

2 Detection of biomarkers based on IFE

2.1 Detection of enzyme activity based on IFE

2.2 Detection of pesticides based on IFE

2.3 Detection of metabolites based on IFE

2.4 Detection of small molecular chemicals based on IFE

3 Conclusion

1 引言

疾病是人类生命健康威胁的最大来源,常由于诊断过晚,以至于错过了治疗的最佳时期。疾病准确的早期检测对于临床诊断、有效的毒性监测以及最终对疾病的成功治疗都非常重要[1]。生物标志物是一种可以客观地测量和评估的物质或者物质的活性,它可以作为正常的生物过程、致病过程,或者是对治疗干预的药理反应的监测指标[2,3,4]。常见的生物标志物有酶[5]、蛋白质[6,7]、小分子化学物质[8]、DNA[9,10]和RNA[11]等。生物标志物在医学领域主要用于疾病风险的指示,旨在为早期疾病的检测和疾病的分类制定可靠、有效、强有力的检测和监测策略,以便病人能够接受最合适的治疗,医生能够监测疾病的进展、回归和复发。人体细胞内氧化反应和还原反应的代谢控制离不开超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷硫酮过氧化物酶、还原酶等关键酶的催化。酶活性降低或者酶失活均会减少氧化应激进程,导致大脑老化从而罹患阿尔茨海默症[12,13]。除了阿尔茨海默症,癌症[14]、白血病[15]、肝炎[16]和糖尿病[17]等疾病也与酶活性有关。因此,作为重要的生物标志物,酶的活性检测已经被提到空前重要的战略高度。

基于荧光内滤效应(IFE)检测酶活性等生物标志物,实现疾病监测,已经引起了科研工作者的广泛兴趣。IFE最大优势在于能将检测系统中吸收剂的吸收变化值转化为荧光剂的荧光变化值,荧光值呈现指数型变化[18],与单独用比色法或荧光法检测目标物相比,灵敏度显著提高,检出限明显降低。IFE作为一个非辐射能量转换模型,最早被Gabor和Walt报道[19],其作用机理是吸收剂的吸收光谱与荧光剂的激发光谱或发射光谱或两者同时发生谱带重叠,导致荧光剂的激发峰/发射峰的荧光被猝灭,且重叠程度越高,猝灭效果越好[20,21]。采用IFE检测目标物,无需对荧光供体进行复杂修饰[22],也无需对荧光供体与吸收受体进行共价连接[23]。传统的光物理传感机制,如光诱导电子转移(PET)[24]、分子内电荷转移(ICT)[25],电子能量转移(EET)[26]和荧光共振能量转移(FRET)[27],均需要化学传感器与目标分子之间存在分子内作用力,且有特定的作用距离,如FRET就要求荧光供体与吸收受体之间的距离小于10 nm[28]。使用以上方法检测目标物通常比较复杂且耗时,从而限制了它们的实际应用。总的说来,基于IFE检测目标物的传感模式分为3种,最常用的是turn-off模型,其次是turn-on模型,最少用的是ratiometric fluorescence assay模型。Turn-off模型的检测模式[29]是在分析物浓度增加的情况下,吸收剂的吸收能力增强,导致系统的荧光衰减(如图1A)。Turn-on模型的检测模式[30]是先用吸收剂吸收掉系统的荧光,然后加入分析物恢复系统的荧光(如图1B)。Ratiometric fluorescence assay模型的检测模式[31]是加入分析物后同时测量在一个激发波长上的两种波长的光致发光(PL)强度(如图1C)。

酶活性作为重要的生物标志物,其分析方法主要分为直接测定酶本身及测定酶催化反应产物两种。本文针对IFE这一新兴的研究领域,总结了IFE技术定量检测酶以及酶催化反应的生物标志物(农药、代谢物),从而实现疾病监控方面的研究成果,对turn-off法、turn-on法以及ratiometric fluorescence assay法三种检测模式独特的设计进行了解释,并讨论了各方法的优缺点。最后,对IFE技术的应用前景进行了初步展望以及其在实际应用时所遇到的障碍进行了分析。

2 基于IFE的生物标志物检测

2.1 IFE检测酶活性

碱性磷酸酶是磷酸代谢的一种重要酶,是临床诊断许多疾病的重要生物标志物。血清中的碱性磷酸酶水平变化与许多疾病密切相关,如肝硬化、肝炎[32]、骨病[33]、乳腺癌[34]和糖尿病[35]等。葡萄糖苷酶在人体中主要起到水解碳水化合物生成葡萄糖的重要作用,但是血液中葡萄糖过多会导致各种组织的慢性损伤和功能紊乱[36],过高的血糖也会导致糖尿病[37]。葡萄糖醛酸酶是一种溶酶体糖苷酶[38],常作为癌细胞的生物标志物,能催化细胞膜中糖胺聚糖和细胞外癌细胞组织的降解,该酶活性与许多癌症有关,如结肠癌[39]、肝癌[40]、肾癌[41]等。溶菌酶是一种抗菌蛋白,作为先天免疫系统的重要防御分子[42],其在血清和尿液中的浓度与许多疾病有关,如白血病[43]和肝炎[44]等。近年来,乙酰胆碱酯酶的检测一直备受关注,主要是因为乙酰胆碱酯酶在神经脉冲传递过程中起着至关重要的作用,并与阿尔茨海默症密切相关[45,46]。用IFE技术对酶活性进行定量检测从而实现疾病监控,主要采用的是turn off 和turn on两种检测模式。

2.1.1 Turn off模式检测酶活性

碳量子点具有良好的水溶性、生物相容性、高量子产率、化学稳定性和优异的荧光特性,能够选择性地检测各种物质,因此可以作为荧光内滤效应的荧光供体[47,48]。Wu等[49]最早运用IFE技术以碳量子点为荧光供体对碱性磷酸酯酶(ALP)的检测进行了尝试。他们首先用乙二胺和邻苯二酚水热法合成氮掺杂的碳量子点(N-doped CDs),合成的N-doped CDs的激发峰在410 nm处,发射峰在510 nm处。在该传感系统中,加入ALP水解底物对硝基苯酚磷酸盐(PNPP)生成的对硝基苯酚(PNP)。生成的PNP的最大吸收波长在405 nm处,与事先准备好的N-doped CDs的激发峰有很好的谱带重叠,通过竞争吸收,猝灭N-doped CDs的荧光。在此检测系统中,ALP的活性与N-doped CDs的发射峰荧光猝灭程度相关,因而可以对ALP进行定量检测(如图2),所得的结果与临床测定方法一致。合成的N-doped CDs具有良好的水溶性,低细胞毒性,高量子产率,能对RAW 264.7癌细胞进行细胞成像。N-doped CDs能在20 min内快速穿过RAW 264.7的细胞膜,进入细胞质发绿色的强荧光,洗去多余的N-doped CDs,加入ALP水解PNPP生成的PNP,随着时间的延长,RAW 264.7 癌细胞的荧光逐渐消失。此方法无需对N-doped CDs表面进行改性,也无需荧光体与受体与荧光体之间化学键的连接,为临床诊断ALP活性和发现筛选ALP的药物抑制剂提供了一个潜在的平台。Song等[50]和Wu等[51]分别合成了硼和氮掺杂的碳量子点(N/B-dots)和牛血清蛋白稳定的荧光金纳米管(PSGNC),采用类似的方法实现了ALP的定量检测。

同年,他们[52]在此实验的基础上设计了实时检测肿瘤侵袭的生物标志物β-葡萄糖醛酸酶(GLU)的方法。以合成的N-doped CDs[49]作为IFE供体,4-硝基苯基-β-D-葡糖苷酸(PNPG)作为GLU的底物,GLU催化其生成PNP作为IFE的受体,由于PNP的吸收峰与N-doped CDs的激发峰发生谱带重叠,能猝灭N-doped CDs的荧光,借助IFE,可以实现GLU活性的定量检测。该方法被成功应用于血清样品中GLU的分析,为临床肿瘤诊断和抗肿瘤药物筛选提供了新思路。2017年,他们[53]以对羟基苯甲酸和乙二胺为原料,合成碳量子点(N-doped CDs)作为IFE的供体,葡萄糖苷酶(α-glucosidase)水解底物4-硝基苯-Α-D-葡吡喃糖苷(NGP)生成PNP,PNP的吸收峰和N-doped CDs的激发峰是完全重叠的,由于其较大的摩尔吸收率,PNP能够起到强大的吸收剂作用来影响N-doped CDs的荧光信号,从而实现对葡萄糖苷酶的定量检测及其抑制剂阿尔波糖的定量检测。

以上方法均是采用turn-off传感策略(如表1),通过酶催化底物反应生成新物质,新物质的吸收峰与碳量子点的激发峰发生谱带重叠,从而产生荧光内滤效应,根据碳量子点的荧光猝灭程度来实现酶活的检测,具有以下几个共性优点:(1)合成的碳量子点无毒,有较好的水溶性和生物相容性,能用于体内检测、疾病监控和抑制剂的筛选;(2)酶水解的底物均廉价易得,且有较好的酶利用效率;(3)均生成吸收峰在410 nm处的对硝基苯酚,与碳量子点的激发光谱有较好的谱带重叠;(4)无需对碳量子点表面进行修饰,无需对供体碳量子点和受体对硝基苯酚进行化学键连接。

但是,turn-off传感策略常常会受到灵敏度低的限制,在检测过程中容易受到外部因素的影响,从而导致假阳性信号[54]。与此相反,turn-on传感策略的应用有助于提高检测结果的可靠性,并得到了广泛的开发。

2.1.2 Turn on模式检测酶活性

为了能提高检测的准确性,避免假阳性信号的产生和外部环境的干扰,不同于Wu等采用turn-off模型检测ALP,Ren等[55]以金纳米团簇(AuNCs)为荧光供体构建了turn-on模型检测ALP。金纳米团簇是由少量金原子组成,具有独特的光学特性、低毒性、良好的光稳定性和生物相容性等优点,常常被用作荧光供体[56,57]。Ren等将AuNCs与PNPP混合时,由于PNPP的吸收光谱与AuNCs的激发光谱相重叠,AuNCs的荧光被显著地猝灭,当ALP存在时,PNPP被催化水解为PNP,它具有不同于PNPP的吸收特性,从而恢复了AuNCs的荧光。此法可用于ALP抑制剂药物的筛选,也能用于人体血清样本中的ALP检测,不仅为ALP在临床诊断中的应用提供了一个新的途径,而且也扩展了金属纳米簇的潜在应用(如图3)。有机磷农药扑灭松是ALP的抑制剂,Liao等[58]采用类似的设计,以碳量子点为荧光供体,实现了扑灭松的检测。

在基于IFE的酶活检测过程中,由于金纳米粒子和银纳米粒子均拥有超高的消光系数以及宽的能带[59,60],常常用来充当IFE体系中的吸收剂,有效吸收荧光剂所发射的荧光,从而构建turn-on模型。

Chen等[61]设计了一种基于IFE可视和荧光检测溶菌酶的方法。该分析方法是基于以下原理,即红色分散的金纳米粒子(AuNPs)由于光谱重叠,能强烈吸收碲化镉(CdTe)的绿色荧光。无溶菌酶时,带正电荷溶菌酶的适配体由于静电引力吸附到带负电荷AuNPs的表面,那么AuNPs就能在氯化钠盐溶液中稳定存在,IFE有效,AuNPs保持红色,绿色荧光消失。如果溶菌酶存在,它将会结合自身的适配体,AuNPs失去稳定剂,会出现由氯化钠盐溶液引发的AuNPs聚合,IFE被抑制了,AuNPs颜色会从红色变为蓝色,绿色荧光会出现。这种方法被认为具有广泛的适用性,因为只要有合适的酶的适配体,它就可能被用于设计其他酶活检测的可视和荧光分析。

Yang等[62]同样提出了一种新颖的多用途双读(比色法和荧光法)检测乙酰胆碱酯(AChE)的方法。带负电荷的银纳米粒子(AgNPs)的吸收光谱和碳量子点(CDs)的激发光谱存在谱带重叠,能诱发IFE猝灭CDs的荧光,同时,AgNPs呈分散状态,显黄色。当加入AChE水解硫代乙酰胆碱(ATCh)生成带正电荷的硫代胆碱(TCh),由于静电作用和Ag—S键作用,TCh诱导AgNPs聚集,谱带重叠消失,CDs的荧光恢复(如图4)。该系统不仅适用于AChE抑制剂筛选,而且适用于农业产品中对氨基甲酸酯农药的检测。他们所提出的分析方法能有效筛检出AChE的抑制剂,如治疗老年痴呆症的药物他克林和氨基甲酸酯农药,这种合理设计的双模感应平台具有简单、快速、灵活和多样的特点,还能在苹果汁样品和自来水中检测出农药残留西维因,实用性强。有机磷农药是AChE的抑制剂,Gao等[63]采用了类似的方法,以合成的锰掺杂的硫化锌量子点(Mn-ZnS QDs)为荧光供体,金纳米粒子为荧光受体,设计了一种比色和磷光双信号策略用于对有机磷农药进行敏感性分析。

目前报道的基于IFE检测的酶标志物主要是一些常见的水溶性好的酶,如碱性磷酸酶和乙酰胆碱酯酶等,但还有很多酶在基于IFE的酶活检测中并无文献报道,例如脂肪酶。脂肪酶活性也与许多健康问题有关,如肥胖[64]、冠状动脉疾病[65]和溶酶体疾病[66]等。不同于上面提到的酶均在水相催化底物,脂肪酶水溶性差,只在油水界面中起作用[67],水解的是带酯键的底物[68]。如果能解决这些问题,采用IFE技术测定脂肪酶活性,不仅能有效提高脂肪酶活性检测的灵敏度,而且在工业上高通量检测脂肪酶活性具有重要的指导意义。近年来,本课题组一直致力于比色法检测脂肪酶活性,通过脂肪酶调控AuNPs的分散与聚集,根据AuNPs的吸收信号和溶液的颜色变化实现脂肪酶活性的定量检测[69,70]。目前本课题组正在尝试将吸收信号转化为荧光信号,构建IFE传感器检测脂肪酶活性,以进一步提高检测的准确性和灵敏度。

2.2 IFE 检测农药

近年来,由于农药不加选择的使用,导致农产品的高水平残留,严重抑制了人体内的酶活性,带来的食品安全问题对人类健康造成潜在威胁,已经引起了科研工作者的高度重视[71]。例如,杀虫剂有机磷农药(OPPs)具有环境持久性和效率高等优点,因此被广泛应用于世界各地的农业中[72]。但是,OPPs毒性很大,即使只有微量残留在农产品和水流中,也会通过生态循环系统逐渐在人体中积累,威胁人体健康[73,74],这主要是因为OPPs是乙酰胆碱酯酶的抑制剂,抑制乙酰胆碱酯酶水解乙酰胆碱,导致体内乙酰胆碱累积,从而有致命的风险[75]。在用IFE技术对农药进行定量检测从而实现健康监控,常用turn on和ratiometric fluorescence assay两种检测模式。除了上文提及的可作为酶的抑制剂的农药外,用turn-on传感策略测定的还有氰草净[76]、吡虫啉[77]和草甘膦[78],均是借助AuNPs为能量受体构建IFE传感器检测的。

与其他检测策略相比,ratiometric fluorescence assay通过同时计算同一波长下测得的两个信号的比值,来对目标物进行定量检测,可以最大限度地减小仪器、背景和环境信号的影响,从而更有效地检测复杂样品[79,80]。比值测量型荧光量子点(RF-QDs)具有易制备、抗光漂白、窄的光谱线宽和尺寸可调的荧光特性等优点[81,82]。近年来,Su等一直致力于开发比值型荧光量子点(RF-QDs)作为IFE传感器荧光供体,监测农药对人体健康的威胁[83]。Su等[84]开发了一种简单快速的传感方法检测有机磷农药,通过将两种不同颜色的碲化镉(CdTe QDs)杂化设计得RF-QDs,其中显红光的量子点在硅球中充当参考信号,发射峰在657 nm处,而显绿光的量子点则附着在硅球表面上作为响应信号,发射峰在540 nm处。此RF-QDs和AuNPs之间存在内滤效应(IFE),因此,RF-QDs在540 nm处的荧光强度可以被AuNPs显著地消除。有机磷农药甲基对硫磷(PM)是胰蛋白酶(TRY)的抑制剂,TRY 能水解阳离子蛋白质精蛋白(PRO),PM存在时,TRY活性被抑制,PRO结构完整,通过静电吸引,可以有效地与带负电荷的AuNPs结合,导致AuNPs聚集,RF-QDs在540 nm的荧光恢复。PM不存在时,TRY水解切割PRO,导致AuNPs解聚集,并导致RF-QDs在540 nm的荧光猝灭。使用此方法对环境和农业样品进行了检测,取得了满意的效果。

2.3 IFE检测代谢物

人体中的多种代谢物(胆固醇、黄嘌呤、尿酸和葡萄糖)是重要的生物标志物,代谢物在体内的含量与许多疾病有关,如糖尿病、肥胖、心血管、痛风和高血压等[85,86]。过氧化氢作为一种活性氧分子,是由葡萄糖[87]、尿酸[88]和胆固醇[89]等代谢物的氧化酶催化代谢物发生氧化反应,最终生成的副产品,是生理活动和氧化应激的常见标志和信号分子。过氧化氢过多会对生物系统产生不利影响,并与中枢神经系统疾病和缺血性疾病有关,如帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症、老年痴呆症、局部缺血/大脑中动脉闭塞和中风等[90]。在用IFE技术对代谢物及过氧化氢进行定量检测从而实现疾病监控,主要采用的是以上3种检测模式。

上转换纳米粒子(UCNPs)可以通过双光子或多光子机制将长波长辐射转换为短波长辐射,具有较大的反斯托克斯位移。在近红外NIR激发源(通常为980 nm)照射下,UCNPs在生物系统中具有良好的穿透度,无背景荧光,能放大信噪比,提高灵敏度。UCNPs表现出优越的光学性质,包括低毒、荧光寿命长和对抗光漂白性[91,92]。这些优点使UCNPs在生物标记、生物成像和生物传感方面得到了广泛的应用,可以用来作为IFE传感器的荧光供体。Yao等[93]提出了由尿酸(UA)、尿酸氧化酶(uricase)、辣根过氧化物酶(HRP)、邻苯二胺(OPD)和上转换纳米粒子(UCNPs)组成的IFE传感系统检测UA。第一步,UA被uricase催化氧化,并生成烯丙酸、二氧化碳和过氧化氢(H2O2)。第二步,在HRP催化下,H2O2氧化OPD生成oxOPD。第三步,加入oxOPD到UCNPs中,由于荧光内滤效应的turn-off荧光传感策略,UCNP的荧光可以被oxOPD消除,UA浓度与UCNPs荧光强度的变化成正比,从而实现UA的定量检测。同年,他们[94]设计了类似的方法实现了葡萄糖浓度的定量检测。葡萄糖氧化酶先催化氧化葡萄糖生成葡萄糖酸和H2O2,生成的H2O2催化Fe2+变为Fe3+,Fe3+可以与方形酸(SQA)螯合,在酸性溶液中形成SQA-iron(Ⅲ)复合体。该复合体能有效地吸收UCNPs的荧光,荧光猝灭效率与glucose浓度线性相关。Song等[95]借助硅纳米粒子运用相同的检测思路实现了葡萄糖的定量检测。Zhang等[96]和Ho等[97]以金纳米团簇为荧光供体,基于turn-on荧光传感策略,借助相似的反应物,实现了尿酸、过氧化氢和胆固醇的定量检测。

为进一步提高检测的准确性和灵敏度,Hu等[98]在前人启发下,采用ratiometric fluorescence assay传感策略检测H2O2、胆固醇和黄嘌呤。以一水柠檬酸、醋酸铜、二乙撑三胺为原料,水热法合成氮和铜掺杂的碳量子点(N/Cu-CDs),在460 nm处发射蓝色荧光。H2O2是由胆固醇氧化酶和黄嘌呤氧化酶(ChOX和XOD)氧化胆固醇和黄嘌呤生成的。邻苯二胺(OPD)被H2O2和HRP氧化产生2,3-二氨基酚嗪(DAP),DAP在572 nm处发射黄色荧光,测量了DAP与N/Cu-CDs的荧光强度之比,以定量分析H2O2、胆固醇和黄嘌呤(如图4所示)。

2.4 IFE检测小分子化学物质

除了上述提及的与酶有关的生物标志物,一些小分子的化学物质也与疾病有关。据报道,谷胱甘肽(GSH)的水平与各种疾病有关,如癌症、肝损伤、艾滋病、衰老和糖尿病[99,100]。抗坏血酸(AA)的浓度与精神疾病、不孕症、冠心病、癌症以及HIV感染有关[101]。多巴胺(DA)是哺乳动物中枢神经系统中最重要的儿茶醇胺神经递质之一,其水平的异常与精神分裂症、帕金森和阿尔茨海默症等几种疾病状态有关[102]。此外,维生素B12(vitamin B12)缺乏与各种疾病有关,如便秘、恶性贫血、神经退化和心血管疾病[103]。表2总结了基于IFE技术检测的常见小分子化学物质的检测系统的构成。

3 结论

早发现,早治疗,对成功治愈疾病是非常重要的,本综述概述了使用IFE技术在疾病标记与健康监控方面的广泛应用,基于IFE技术的turn-off、turn-on、ratiometric fluorescence assay三种检测模式,实现了与疾病相关的生物标志物如酶以及与酶催化反应的小分子化学物质(农药、代谢物)的检测。基于IFE技术的传感方法检测生物标志物具有明显的优点:(1)不需要供体与受体之间的连接,操作简单,方便快捷;(2)可以将吸收变换转换为荧光的指数型变换,灵敏度更高,检出限更低,比单一荧光仪荧光测量结果好。

然而,基于IFE技术的传感方法也有一些缺点:(1)由于材料有限,很难找到合适的荧光剂/吸收剂对;(2)吸收剂的消光系数若小,会限制IFE技术荧光分析的灵敏度;(3)在复杂的生物环境中易受外部环境干扰而导致的灵敏度降低。就现有的疾病诊断技术而言,检测手段较为昂贵与复杂,对医院的临床检验依赖性大,尤其是癌症生物标志物检测,为实现快速、廉价和家用的目标,还需要进行全面的工作,不断探索新的技术和新的生物标志物,制备便携式家用疾病监控仪。

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