標記技術是指通過物理或化學方法標記人和物，從而實現特異性識別目標的方法。根據被標記物和標記目的不同，可分為防偽、財產標記、生物監控、嫌疑人標記、爆炸物標記識別、非法麻醉品跟蹤等。熒光標記技術因具有自然光下不顯色、發光穩定、顏色可調和可視化辨別等優點，已成為標記領域的研究熱點。然而，該技術仍面臨在復雜應用場景下抗環境干擾性差的問題，特別是易受紫外光激發下灰塵、皮膚組織、熒光染料或植物等自身熒光的干擾。此外，人員的標記性能易受日常洗漱及代謝的影響導致標記持久性差。因此，如何設計獲得兼具優異抗環境干擾性及高效標記性能的人員標記材料，是推進標記材料在人員標記領域實際應用的關鍵，具有重要研究意義。
近期，中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊針對上述難題，設計開發了聚乙烯亞胺（Polyethyleneimine，PEI）修飾的Mn2+摻雜NaYF4:Yb/Er上轉換納米顆粒（Upconversion nanoparticles，UCNPs）體系，有效滿足了強標記、抗干擾、隱形標記人員的實際需求。
研究團隊利用UCNPs的上轉換特性降低環境背景干擾，從增強UCNPs發光強度和提升其與人員皮膚粘附能力角度出發，深入研究了Mn2+摻雜對UCNPs發光強度和發光顏色的影響，探討了PEI不同分子量和PEI接枝量對其修飾的UCNPs（PEI-UCNPs）的皮膚滲透能力和皮膚標記性能的影響。通過理論與實驗結合分析可知，PEI-UCNPs依靠具有高密度正電荷的PEI與脂質之間的強靜電相互作用，極大促進了PEI-UCNPs化學滲透至皮膚表層（145 μm）。實驗結果表明，該策略達到的皮膚標記性能分別為油酸配體修飾UCNPs和無配體修飾UCNPs的54倍和5.8倍。在此基礎上，研究人員分別采用自來水沖洗、肥皂水洗滌、洗手液洗滌、醫用酒精噴涂、濕巾擦拭100次實驗，進一步驗證了標記材料的強標記性能。洗滌100次后PEI-UCNPs的發光強度比仍維持在11%以上，4×4標記陣列的有效標記點數趨于穩定（10個以上），檢出率大于60%。該材料也具有優異的抗干擾性，標記性能不受長余輝發光的熒光染料、熒光油墨、紅色CdSe@ZnS量子點和生活必需品等14種物質影響，檢出率大于75%。在人員標記的相關代表性物品，如指紋、文身皮膚、頭發、衣服等實際應用環境中亦具有持久的標記效果和良好的抗干擾性能。
相關研究成果發表在Advanced Science上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院青年創新促進會、新疆自然科學基金重點項目、中科院從0到1原始創新項目等的資助。
用于皮膚標記的PEI-UCNPs設計示意圖
