铬掺杂锌镓氧纳米颗粒（ZnGa2O4:Cr3+）在非功能化条件下实现人血清IgG高灵敏无自荧光检测

为解决传统免疫检测中自荧光干扰和功能化修饰复杂的问题，研究人员通过优化水热合成条件（220°C，6-24 h）制备了非功能化铬掺杂锌镓氧纳米颗粒（ZGO），发现12 h合成的ZGO12在H2O2存在下发光信号增强8倍，并成功应用于人血清IgG检测，线性范围1-104 ng mL?1，检测限低至0.01 ng mL?1，为无标记生物传感提供了新策略。

　　

在生物医学检测领域，传统光学方法如酶联免疫吸附试验（ELISA）虽灵敏度高，但需持续光激发，导致样本自荧光干扰，尤其在复杂介质（如血清）中信号失真严重。此外，纳米探针通常需表面功能化修饰以结合靶标，增加了制备复杂性和成本。如何实现高灵敏、无干扰且免修饰的检测，成为亟待突破的技术瓶颈。

针对这一挑战，一项发表于《Next Nanotechnology》的研究通过创新纳米材料设计给出了解决方案。研究人员聚焦于铬掺杂锌镓氧（ZnGa₂O₄:Cr³⁺，ZGO）纳米颗粒，其独特之处在于无需表面修饰即可通过持久发光（Persistent Luminescence, PL）消除自荧光干扰，且发光信号能被H₂O₂显著增强。此前团队发现120°C合成的ZGO可检测PBS中的IgG，但复杂介质中性能受限。为此，本研究系统优化水热合成条件，探究温度和时间对ZGO结构及发光性能的影响，最终将其成功应用于100%人血清中IgG的高精度检测。

关键技术方法
研究采用水热合成法（220°C，6/12/24 h）结合500°C煅烧制备ZGO，通过透射电镜（TEM）和动态光散射（DLS）表征粒径（约15 nm）；利用光子计数相机检测持久发光信号；建立夹心ELISA体系，以葡萄糖氧化酶（GOx）催化葡萄糖产生H₂O₂，触发ZGO信号放大，定量分析人血清中IgG浓度。

研究结果

3.1 ZGO纳米颗粒的合成与表征
水热时间显著影响ZGO形貌：6 h产物呈球形，12 h和24 h样品出现立方体结构。所有样品平均粒径15 nm左右（TEM），且结晶度良好，具有立方尖晶石结构（晶面间距4.808 ?）。DLS显示水合粒径约100 nm，分散均匀（PDI<0.2）。

3.2 ZGO的持久发光特性
发光强度随水热时间延长而增加，24 h样品最强。但12 h合成的ZGO12在H₂O₂存在时表现出8倍信号增强（6 h和24 h仅4-5倍），推测与其特殊晶格缺陷或表面活性位点有关。酶促反应生成的H₂O₂同样可激活发光，证实其生物相容性。

3.3 ZGO在IgG检测中的应用
以ZGO12为核心的ELISA在PBS中检测限达0.03 ng mL^?1，较传统ZGO（120°C合成）灵敏度提高10倍。在100%人血清中，15分钟37°C孵育即可实现0.1 ng mL^?1的检测限（线性范围1-10⁴ ng mL^?1），且50°C短时孵育（5分钟）效果相当，大幅提升检测效率。

3.4 性能对比
ZGO12的检测灵敏度显著优于ZGO6（0.5 ng mL^?1）和ZGO24（0.4 ng mL^?1），验证了12 h水热合成的优越性。与已报道的Mn²⁺-Zn₂GeO₄（IL-6检测限1 pg mL^?1）和Pr³⁺-Zn₂GeO₄（PSA检测限0.64 pg mL^?1）相比，ZGO虽灵敏度稍逊，但免功能化特性更具临床转化优势。

结论与意义
该研究通过精准调控ZGO纳米晶体的水热合成条件，首次实现了非功能化纳米颗粒在复杂生物样本中的高灵敏检测。ZGO12的优异性能源于其独特的H₂O₂响应机制，这种“信号放大器”特性使其在免洗检测中表现突出。相比传统技术，该方法省去了繁琐的探针修饰步骤，且通过温度/时间优化进一步缩短检测周期，为POCT（床旁检测）提供了新思路。未来可拓展至其他疾病标志物检测，推动纳米发光材料在精准医疗中的应用。