稀土上转换纳米材料论文Word下载.docx

1、用表面修饰有捕获探针的：上转换纳米颗粒作为能量供体，用标记有罗丹明的短链互补序列作为能量受体构建结构，目标通过链置换反应与捕获探针进行互补配对从而破坏结构实现对目标的检测，目标的浓度与发射光的强度比存有线性关系，测量的目标浓度极低，检测范围为同样，等人也报道了基于寡核苷酸修饰上转换纳米颗粒的生物传感器用来检测，检出限低至到贵金属纳米颗粒如纳米金等具有表面等离子体共振性质和较大的消光系数，将这些材料与上转换纳米材料相结合可以降低检测时的背景荧光干扰并提升检测灵敏度，因此贵金属纳米颗粒也常常被作为能量受体用于生物检测中例如，等人报道了基于：和金纳米颗粒的生物传感器用来检测抗生物素蛋白，检出限低至最

2、近，等人提出一种在溶液和活细胞中快速检测谷胱甘肽的新方法，该方法的基本原理是，谷胱甘肽能抑制上转换纳米颗粒表面的二氧化锰纳米片对上转换发光的猝灭作用根据材料本身独特的电学和热学性能，石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米颗粒也在基于的生物检测中被广泛用作能量猝灭剂。 生物成像领域内的应用 体内深层组织的荧光成像稀土上转换纳米材料所用到的激发光源（）在生物组织中有很强的穿透能力、不会引起生物体自发荧光干扰而且对生物组织几乎无损伤，所以稀土上转换纳米材料是各种生物组织或生物体成像分析的理想荧光标记材料课题组使用包裹的：纳米颗粒首次实现了动物体成像，证明了稀土上转换纳米材料相比于量子点在体内深层组织成像中的优势

3、为了进一步增加稀土上转换发射光的组织穿透深度从而提升成像灵敏度，需要调节上转换发射光谱到红光区（）这一波长范围内生物组织对发射光的散射和吸收均较小，且自发荧光干扰也很小，对深层组织成像至关重要赵宇亮课题组报道了掺杂的发单色红光的：上转换纳米材料用于活体成像，成像深度可延伸至课题组也报道了一种新的体内成像方法，该方法利用：上转换纳米材料发出的近红外光（）作为检测信号，在小鼠体内成像实验中获得了高对比度的荧光图像在随后用共掺杂的上转换颗粒进行小鼠全身荧光成像的实验中，实现了的光穿透深度，此外，聚丙烯酸修饰的上转换纳米颗粒（：）也被报道作为光学生物学探针用于正常黑鼠的体内荧光成像，而且该探针在兔子体

4、内成像实验中也能获得很高的信噪比多路复用成像是识别不同生物体最有效的方法之一，随着稀土上转换纳米材料合成方法的持续发展，可以通过调节掺杂元素的种类和含量在紫外到近红外光谱区内对稀土上转换纳米颗粒的发射光谱进行精确调节，并可以使其呈现多个发射峰等人首次使用：纳米棒实现了活体内多色成像等人将具有不同发射光谱的种上转换纳米颗粒经皮下注射进入到小鼠体内，通过区分光谱反褶积实现小鼠的多色成像荧光共振能量转移是另一种调节上转换纳米颗粒发射多色光的方法，基于该方法的基本成像原理是，利用近红外光激发上转换纳米颗粒并利用其发射光来激发颗粒表面的有机染料或量子点，使其发射出不同波长的荧光从而实现生物成像刘庄课题组

5、利用有机染料和聚乙二醇（）包覆的上转换纳米颗粒之间的疏水作用力将染料吸附在颗粒表面来调节复合材料在可见光区的发射光谱，并将该复合材料用于生物体多色成像体系中 多模态成像单模态成像技术通常只能反映生物体内单一的信息，因此，为了获得更多的生物体内相关信息，多模态成像技术应运而生近年来，以稀土上转换纳米材料为基础的多模态成像技术得到了快速发展，例如，上转换荧光成像（，）与磁共振成像（，）、电子计算机射线断层扫描（，）、正电子发射断层成像（，）和单光子发射计算机断层成像（，）等其他模态成像技术相结合的多模态成像技术已经取得了长足发展并在生物成像中发挥着越来越重要的作用， 双模态成像当前的研究热点之一是

6、将上转换荧光成像与相结合构建双模态成像探针并探究其在生物医学领域内的应用众所周知，荧光成像为生物体内成像提供了高的灵敏度，但它的激发光对生物组织的穿透深度较浅相比于荧光成像，为体内成像提供了良好的空间分辨率但因为其灵敏度有限，所以通过结合上转换荧光成像和磁共振成像的优势，可以获得同时具备高灵敏度、高空间分辨率和较强激发光组织穿透深度的双模态成像探针近年来，一些基于稀土上转换纳米材料的双模态成像探针制备方法已有报道第一种制备方法是分子的功能化，即将配合物等磁共振成像造影剂修饰在上转换纳米颗粒表面来构建双模态成像复合探针例如，等人报报道了一种核壳结构的纳米颗粒探针，该探针以上转换纳米颗粒为核并将配

7、合物担载在二氧化硅壳层中第二种制备方法是通过连续生长或者包覆的方法实现其他磁性材料与上转换纳米材料的复合超顺磁性氧化铁纳米粒子（）因为其良好的磁性和生物相容性获美国批准为商用磁共振成像造影剂；目前，包覆的上转换纳米颗粒作为双模态成像探针的雏形技术已有报道等人制备了：纳米核壳结构的复合材料，并将其用于生物体加权和双模态淋巴管成像的造影剂不过，上转换纳米颗粒的发光强度在这个核壳结构中将会逐渐减小，这是因为壳层既吸收发射光也吸收近红外激发光为解决这一问题需要进一步制备反相的核壳纳米结构，所以等人又合成纳米颗粒为核而上转换纳米颗粒为壳层的纳米结构来避免对发射光和激发光的吸收刘庄课题组，用层层自组装的方

8、法制备了纳米复合材料成像探针该探针以上转换纳米颗粒为核，颗粒外包覆一层超薄氧化铁纳米颗粒，然后在最外层包裹一层金颗粒该纳米复合材料可用于双模态生物成像并在体内和体外进行定向的癌症光热治疗，还可用于干细胞的示踪和操控这些结果表明作为新型的多功能成像探针有潜力应用于体内转移性细胞的示踪和操控不过，实现稀土上转换纳米材料与其他磁性材料结构和功能的复合非常困难并且会导致一些副作用（例如可能会猝灭稀土上转换材料的发射光）就这一点而言，含有的材料（，等）与稀土上转换材料有良好的相容性将含有的纳米壳层包裹在稀土上转换纳米颗粒表面来制备的复合纳米材料同时具有光学和磁学两种性质，可以用于多功能生物体系中例如，赵

9、宇亮课题组成功合成了形貌可调的掺杂的纳米颗粒，该颗粒具有多种颜色的上转换荧光成像和磁共振成像能力等人报道了基于（）共掺杂纳米颗粒的小动物双模态成像体系第三种制备方法是将有磁性的离子掺杂到稀土上转换纳米颗粒中例如，赵宇亮课题组报道了：纳米晶体掺杂离子后表现出上转换荧光发射和磁性双重性质等人报道了纳米晶体掺杂三种元素离子的体系，该纳米晶体不仅具有近红外发射的性质还在室温下具有顺磁性，经生物分子功能化的上转换纳米颗粒有望应用于体内和体外的双模成像中（）将和相结合也是一种备受关注的双模态成像技术，成像在临床诊断中常用作为放射性同位素标记物，因为常用的上转换纳米颗粒的组成元素中含有氟，所以可以在合成上转

10、换纳米颗粒时将元素换成其带有放射性的同位素来获得双模成像性质最近，等人报道了用含有的：纳米颗粒进行小动物全身双模成像，该纳米颗粒不仅可以在老鼠体内获得高灵敏度的图像，而且在大型动物体内也可以获得不过，较短的半衰期（）限制了其在生物体内长时间成像中的应用，所以研究者们又进一步合成了长半衰期（）掺杂的：纳米颗粒并将其用于生物体长周期双模成像；而且因为发射出中等能量的射线，对生物体损伤较小，因此该成像探针更加适合用于长时间的生物成像 多模态成像最近，或着三模态成像受到人们越来越多的关注，将种成像技术结合不仅可以提升成像的清晰度还可以提升诊断效率例如，是根据人体不同组织对射线的吸收和透过率不同而获得被

11、检查部位的高分辨图像的非侵入性分子成像技术；不过，因为和成像不仅平面分辨率有限而且不适用于细胞水平的成像，而成像却具有极高的灵敏度和空间分辨率可以广泛地应用于生物医学研究领域的细胞和组织成像因此，通过结合，和三种成像模式可以实现从细胞到活体超灵敏、多层面的分子成像等人报道：的多功能探针可以在小动物体内进行，和多模态成像来提供诊断，治疗以及疾病的相关信息等人制备了配合物掺杂的上转换纳米颗粒可以在小动物体内进行，和多模态成像比如：（）和：纳米核壳结构也同样可以作为，三模态成像的生物探针李富友课题组制备了标记的：纳米颗粒，该颗粒具有放射性，磁性和荧光性可以作为多功能的纳米探针进行体外荧光成像和活体成

12、像而（）复合体包裹的：纳米复合物也已证明可以进行三模态成像 疾病治疗领域内的应用 稀土上转换纳米颗粒也可以应用到疾病治疗领域中，比如可以作为载体来运输小分子抗癌药物和治疗性多肽等物质，也可以根据其成像性质来实时、简单、有效地追踪药物输送路径并了解药物释放的效率下文主要介绍稀土上转换纳米颗粒在作为药物和基因载体方面的发展现状并总结稀土上转换纳米颗粒在光动力学治疗和光热治疗的应用药物和基因输送近年来，因为中空和介孔结构有巨大的孔容量所以常用作理想的药物载体例如，赵宇亮课题小组将布洛芬（）包载到带有介孔壳的：中空纳米颗粒中另外，（）：和：（，）纳米颗粒也可以通过包载药物进行药物释放诱导癌细胞死亡，核

13、壳结构：（）（介孔硅），：硅纤维，：和：等纳米复合物也已证实可以作为药物载体并且可控制药物的释放但是，因为介孔硅层的厚度很难控制到以内，所以介孔二氧化硅包裹的上转换纳米颗粒因为介孔硅的包裹使得纳米颗粒的尺寸增加除了硅封装，还可以利用药物分子与上转换纳米颗粒表面功能分子的相互作用来实现药物运输，该方法可以避免增加纳米颗粒的尺寸等人合成了多色光谱的上转换纳米颗粒，并通过静电吸附作用利用化的上转换纳米颗粒实现抗癌药物阿霉素（）的包载与释放的行为研究首先将与叶酸（）共价交联形成新的化合物，然后表面修饰到油酸包裹的上转换颗粒表面，这种颗粒能够对叶酸受体有靶向效果，并进行了细胞与细胞对比，研究发现能够很快

14、进入细胞而不能在相同的时间内进入细胞值得注意的是，在低的值条件下，具有更好水溶性，低值条件加速了中基团的质子化，从而导致释放出更多的分子根据值进行药物释放的纳米复合颗粒对临床癌症治疗是具有实际意义的，因为肿瘤的细胞外组织、细胞内的溶酶体和核内体的微环境均是酸性的通过利用稀土上转换纳米颗粒近红外激发紫外光发射的性质来控制包裹药物的笼状化合物进行药物释放和基因表达，避免了直接使用紫外光照射的组织穿透能力低和光毒性的缺点目前，这种近红外激发紫外光发射的上转换纳米颗粒在智能药物领域的研究得到发展课题组通过包裹可光解的质粒分子到介孔氧化硅包覆的：上转换纳米颗粒的多孔硅中，该方法不仅提升了生物相容性且增加

15、了载药能力在近红外光激发下，上转换纳米颗粒发射紫外光刺激质粒或者进行基因表达调控或者基因下调等人首次证明通过共价键将阳离子可光解连接器与硅包覆的上转换纳米颗粒连接起来，在激光辐射下，上转换的紫外光可以使光敏连接器分开，因此可以有效地释放并控制其在活体细胞中靶基因的表达同时，这一方法可以应用于其他的笼状化合物比如说，羧酸，二硝基苯和荧光素另外可光解药物释放系统也可以应用于基于上转换纳米颗粒的其他光响应系统，例如，等人通过使用光敏水凝胶包裹的上转换纳米颗粒在近红外光激发发射紫外光的情况下可以引发溶胶凝胶转变并且可以释放大的、无活性的生物大分子（比如说蛋白质）到溶液系统中等人报道了基于偶氮苯基团（）

16、修饰介孔氧化硅包裹的：上转换纳米颗粒在近红外光激发下，发射的紫外光可以引发偶氮分子从反式异构体转换到顺时异构体，以一种可控的反式异构体来引发药物释放光动力治疗光动力治疗（，）采用光激活化学物质（光敏剂），从而产生单线态氧（），最终导致癌细胞死亡用于激活光敏剂的激发光通常在可见近红外波段，因为其穿透能力有限，所以将光敏剂包裹到上转换纳米颗粒上来提升其组织穿透能力当纳米微粒被的近红外光激发时发出可见光然后可见光激发光敏剂释放最后杀死癌细胞等人将光敏剂亚甲基蓝（）附着到表面包裹有二氧化硅的：上转换纳米颗粒上，发现了显著的红光猝灭现象课题组将光敏剂酞菁锌（）包裹到：上转换纳米颗粒或者：上转换纳米颗粒，

17、因为的吸收峰（）与：纳米颗粒的红色发射峰相重叠，所以在近红外光的照射下产生了大量的杀死癌细胞，增加了癌症的治疗效果之后，等人制备了与两种不同光敏剂即和（部花青）吸收波长相匹配的上转换纳米材料，从而实现利用单一波长光源同时激发两种光敏剂的治疗方法，与单一负载的光敏剂相比，产生了大量的单线态氧并且减慢了荷瘤小鼠的肿瘤生长速率另外，为了提升药物的靶向能力，将具有靶向作用的叶酸和抗体连接到上转换纳米颗粒上，使其既可以进行靶向光动力学治疗又拥有了更多的抗肿瘤效应，刘庄课题组报道了通过非共价键修饰的方式将光敏剂装载到：上转换纳米颗粒上，构建了治疗和成像双功能的上转换纳米材料，通过构建乳腺肿瘤鼠动物模型，以

18、瘤内注射的方式将给药到瘤内，再经过的激光照射，首次实现了利用基于上转换纳米粒子的光动力治疗在生物体应用，形成的光动力学治疗纳米复合物显示了更深的组织穿透深度并且提升了体内肿瘤的抑制效果其他的光敏剂分子，包括，四苯基卟啉（）和（羧基苯基）卟吩（）也可以包裹到：用做光动力学治疗药物另外，将：或者：应用于能量转换材料，可以实现成像和光动力学疗法相结合，光热治疗光热疗法（，）是通过激光照射（近红外光）改变癌细胞所处的环境，将光能转换为热能，达到一定温度，可以诱发细胞内蛋白质的变性，破坏细胞膜，导致癌细胞的热消融与化学疗法和外科手术相比较，具有更少的侵入性，因此在癌症治疗中吸引了人们更多的关注刘庄课题组

19、制备了：多功能纳米颗粒不仅可以用于来进行成像还可以进行具有磁性的靶向光热癌症治在动物实验中，通过静脉注射：纳米颗粒到荷瘤小鼠体内，不仅肿瘤成像信号增强而且当使用近红外光照射肿瘤时可以使肿瘤细胞热消融另外，等人将合成的：纳米颗粒与细胞一起培养，在近红外光下照射中，细胞的存活率从下降至，显示出光热治疗方法的疗效 结论与展望 本论文总结了目前稀土上转换纳米材料在生物医学领域即生物检测，生物成像和疾病治疗的应用稀土上转换纳米材料因其可以避免生物体自体荧光的干扰，从而大大提升生物检测的灵敏度；将不同的成像方式所需要的探针集合在一种上转换发光纳米颗粒上，实现灵敏度更高和准确度更高的多模态成像；将上转换纳米

20、颗粒表面功能化之后，将其作为靶向药物来进行癌症治疗和基因输送多功能的稀土上转换纳米颗粒在生物检测，多模态成像和以最小的副作用进行药物输送和治疗的领域得到广泛的发展，但目前该技术仍然面对诸多挑战第一，稀土上转换纳米材料在生物医学领域应用中的安全性问题，通常细胞毒性实验或急性毒性研究结果表明稀土上转换纳米颗粒具有较低的生物毒性但这些数据并没有表明稀土上转换纳米颗粒的慢性毒性，因此缺乏对稀土上转换纳米颗粒毒性全面系统的研究，防碍了其在生物医学领域中的应用第二，镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒有潜力应用到新型医学科学领域，比如治疗诊断学，个性化的治疗，多模态医学等，但还需要做很多研究工作第三，稀土上转换作

21、为智能药物输送系统的发展只在初级阶段，建立一个有效的、可靠的、光激活的、以上转换纳米颗粒为基础的药物输送系统还存有很多挑战，比如：载药能力的问题、在没有到达靶细胞前药物的零释放等问题第四，大多数上转换纳米颗粒是用激光照射，不过水在激光下有强烈的吸收，这将导致组织发热，所以需要制备一种既可以被小于的近红外光激发又不影响其组织穿透能力的上转换纳米颗粒制备可以实现多模态成像的功能性上转换荧光纳米材料是目前荧光探针材料的一种发展趋势；开发可以准确控制药物释放的上转换荧光纳米探针来达到活体准确的药物传输，并且可以实现光动力学和光热力学的治疗；制备多功能的上转换荧光探针，使其在细胞水平实现对活体进行整体分析、检测以及治疗等均是未来重要的发展方向随着这些问题的解决，稀土上转换纳米材料在生物医学领域将会发挥更重要的作用。 稀土上转换纳米材料论文