標記技術是一種通過預設的物理或化學信號達到隱形標記識別的重要手段。其中，熒光標記技術因具有自然光下不顯色、顏色可調和可視化識別等優點，已成為皮膚標記領域的研究熱點。然而，該技術在抗干擾性及在皮膚標記持久性等方面還有待提升。

針對上述問題，中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知團隊在前期工作中，利用上轉換納米顆粒的上轉換特性降低環境背景干擾，設計開發了具有強標記、抗干擾及隱形特性的聚乙烯亞胺修飾的Mn²⁺摻雜NaYF₄:Yb/Er標記材料（Adv. Sci. 2022, 9, 2201497）。然而，如何從材料結構設計的角度提高標記材料的識別性和安全性，仍是一項挑戰。針對該挑戰，團隊進一步提出了提升功能化上轉換納米顆粒標記性能的有效設計策略，開發了基于堆疊成微米級尺寸的功能化上轉換納米片（UCNPs）的強標記材料。具體策略為：1）基于綠光更易于被肉眼觀察的特點，通過在UCNPs的主晶格中摻雜Fe³⁺離子，增強其綠色上轉換發光強度，從而提升其在標記量極少情況下仍能被裸眼有效識別的能力。2）在UCNPs表面修飾大分子量聚乙烯吡咯烷酮（PVP），增強與皮膚間的強非共價相互作用，提高標記信號在皮膚上的保留能力。3）利用PVP聚合物鏈的滲透能力和微米級顆粒的阻擋能力使其化學滲透集中至角質層，提高標記材料的安全性同時，有效提升標記性能。實驗結果證實了設計策略的有效性：該標記材料對皮膚具有持久的標記效果，分別在濕紙巾擦拭、洗手液清洗、肥皂水清洗等條件下重復清洗50次，標記率仍大于50%。同時，該材料具有優異的抗干擾性能，不受長余輝發光的熒光染料、熒光油墨、量子點、護膚品及紋身等影響。在實際場景中亦具有良好的從物到皮膚的轉移性能，單次轉移率達51.8%。此外，該標記材料具有良好的安全性，標記皮膚無過敏、瘙癢、腫脹等癥狀。該工作提出的高性能標記材料設計策略，有助于推進功能化上轉換標記材料在標記領域的實際應用。

相關成果以“Large-molecular-weight PVP-functionalized stacked upconversion nanoplates for high-performance individual marking”為題發表于Cell出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上，中國科學院新疆理化技術研究所為第一單位，博士研究生朱曉丹和李繼廣博士為共同第一作者，導師祖佰祎研究員和團隊負責人竇新存研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、自治區自然科學基金、自治區天山創新團隊計劃、中國科學院青年創新促進會等項目的資金支持。

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高性能PVP-Fe-UCNP皮膚標記材料設計策略及實際標記識別能力