生物标记物的准确和快速医学诊断在疾病预防、治疗和预后中起着关键作用。呼出气体中的挥发性有机化合物已被认为与许多疾病的发展过程密切相关,如癌症、糖尿病等。作为一种典型的呼吸挥发性有机物,呼出气中的一氧化氮（Nitric oxide,NO）被认为是一些慢性呼吸系统疾病（如肺气肿、支气管炎和哮喘）的预后生物标志物。研究表明,呼吸道上皮细胞中诱导型一氧化氮合酶的激活,导致呼吸气体中NO水平升高。NO的相对浓度在哮喘的病理过程中发生变化,与个体年龄、性别和吸烟习惯等相关生理过程中也有显著差异,从健康成人的亚ppb水平到哮喘成人的数百ppb水平不等。因此,对呼出气中NO进行精确分析是一项具有挑战性的任务。目前有许多传感方法,如气相色谱-质谱法和基于微芯片等方法已被应用于NO的监测,但这些方法存在着耗时、需要专业培训的缺点,准确性和灵敏度大多差强人意,并不适用于临床快速检测和其他超灵敏分析应用。因此,探索便携式检测策略以提高呼吸分析的即时感知性能是非常必要的。本论文针对上述挑战,设计了一种全新的发光比率可调的检测方法,极大地提高了对呼出气中NO的检测效果。本实验将作为NO识别单位的有机染料分子罗丹明螺旋内酰胺（Rhodamine spirolactam,Rd Ms）封装在上转换纳米颗粒（Upconversion nanoparticles,UCNPs）表面的介孔二氧化硅层中。其原理是:检测过程中,Rd Ms可与NO发生快速反应,将Rd Ms的光敏性质还原。于是在808nm激发光激发下,介孔中被还原后有机染料分子与UCNPs发生荧光共振能量转移,进而影响探针的绿色发光,但并不影响UCNPs在980nm激发下的红色发光。因此,通过发光猝灭程度可以定量检测NO,进一步根据可任意调节的探针发光比率可实现精准定量检测样本中的NO浓度。这种先进的检测方法是配合更为便携的智能手机检测系统展开的,具有使用方便的特点。与普通比例荧光探针相比,该方法中正交发射探针的红绿发射强度比可灵活调节,使其对NO的检测限最低可降至0.5ppb,增大线性检测范围从亚ppb级到数百ppb级。因此,该方法的综合检测性能远高于普通检测方式。