窦新存研究员在目标人员标记识别方面取得进展

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标记技术是指通过物理或化学方法标记人和物，从而实现特异性识别目标的一种方法。根据被标记物和标记目的不同，可分为防伪、财产标记、生物监控、嫌疑人标记、爆炸物标记识别、非法麻醉品跟踪等。荧光标记技术因具有自然光下不显色、发光稳定、颜色可调和可视化辨别等优点，已成为标记领域的研究热点。然而，该技术仍面临在复杂应用场景下抗环境干扰性差的问题，特别是易受紫外光激发下灰尘、皮肤组织、荧光染料或植物等自身荧光的干扰。此外，人员的标记性能易受日常洗漱及代谢的影响导致标记持久性差。因此，如何设计获得兼具优异抗环境干扰性及高效标记性能的人员标记材料，是推进标记材料在人员标记领域实际应用的关键，具有重要的研究意义。
　　近期，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队针对上述难题，设计开发了聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine，PEI）修饰的Mn2+掺杂NaYF4:Yb/Er上转换纳米颗粒（Upconversion nanoparticles，UCNPs）体系，有效满足了强标记、抗干扰、隐形标记人员的实际需求。

用于皮肤标记的PEI-UCNPs设计示意图

　　研究团队利用UCNPs的上转换特性降低环境背景干扰，从增强UCNPs发光强度和提升其与人员皮肤粘附能力角度出发，深入研究了Mn2+掺杂对UCNPs发光强度和发光颜色的影响，探讨了PEI不同分子量和PEI接枝量对其修饰的UCNPs（PEI-UCNPs）的皮肤渗透能力和皮肤标记性能的影响。通过理论与实验结合分析可知，PEI-UCNPs依靠具有高密度正电荷的PEI与脂质之间的强静电相互作用，极大地促进了PEI-UCNPs化学渗透至皮肤表层（145 μm）。实验结果表明，该策略达到的皮肤标记性能分别为油酸配体修饰UCNPs和无配体修饰UCNPs的54倍和5.8倍。在此基础上，研究人员分别采用自来水冲洗、肥皂水洗涤、洗手液洗涤、医用酒精喷涂、湿巾擦拭100次实验，进一步验证了标记材料的强标记性能：洗涤100次后PEI-UCNPs的发光强度比仍维持在11%以上，4×4标记阵列的有效标记点数趋于稳定（10个以上），检出率大于60%。同时，该材料也具有优异的抗干扰性，标记性能不受长余辉发光的荧光染料、荧光油墨、红色CdSe@ZnS量子点和生活必需品等14种物质影响，检出率大于75%。在人员标记的相关代表性物品，如指纹、文身皮肤、头发、衣服等实际应用环境中亦具有持久的标记效果和良好的抗干扰性能。
　　相关研究成果发表于Wiley出版社旗下期刊《Advanced Science》上，中科院新疆理化所为唯一完成单位，硕士研究生钟良根和博士研究生李继广为共同第一作者，导师祖佰祎研究员和团队负责人窦新存研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、新疆自然科学基金重点项目、中国科学院从0到1原始创新项目、国家高层次人才等项目的资助。
       文章链接：http://doi.org/10.1002/advs.202201497
     文章来源：新疆理化所
     窦新存，新疆理化所研究员。2009年7月以优异的成绩从中科院固体物理研究所毕业，获博士学位、中科院优秀博士论文奖和中科院院长奖优秀奖。目前在新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院及能源研究院从事纳米材料太阳能电池方面的研究工作。窦新存致力于发展新型纳米热电材料、半导体光电材料、器件组装优化以及开发等方面的研究，并取得了一系列的科研成果。2011年他曾应邀撰写英文专著Crystal Growth: Theory, Mechanisms and Morphology（Nova Publishers）中的一个章节。