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油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，油酸修飾

上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒在成像及生物應(yīng)用

上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料相對有機(jī)染料和量子點(diǎn)相比，具有很多特殊的優(yōu)點(diǎn)，如高的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的光穩(wěn)定性、窄帶隙發(fā)射，另外在近紅外激光激發(fā)下具有較強(qiáng)的組織穿透能力、對生物組織無損傷、無背景熒光的干擾，在生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。盡管上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的基礎(chǔ)研究已有多年，但在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用還比較少，主要是上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料可控合成和表面修飾等因素。直到近幾年來，隨著納米技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展，上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物醫(yī)學(xué)等各方面得到廣泛的應(yīng)用，主要在以下幾個方面：

上轉(zhuǎn)換納米顆粒優(yōu)異的特性，如發(fā)射峰尖銳(大半峰寬，F(xiàn)WHM <12 nm)，熒光壽命長(~ms)，優(yōu)異的耐光性、無光閃爍、沒有生物體的自體熒光，組織穿透能力強(qiáng)和成像過程中組織損傷小。上轉(zhuǎn)換納米探針被廣泛的應(yīng)用在生物成像中，包括小動物體內(nèi)成像，腫瘤靶向成像，淋巴顯像，血管成像、CT 成像和核磁成像等等。同時也被應(yīng)用在各種生物模型中研究，包括細(xì)菌，C.線蟲，小鼠，兔，甚至植物。對細(xì)菌和 C.線蟲，細(xì)胞成像適用于執(zhí)行其體內(nèi)成像研究。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料由于沒有背景熒光的干擾，具有很高的成像靈敏度。2006年，Lim *將 50~150 nm 的 Y2O3:Yb/Er 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于線蟲的培養(yǎng)(C. elegans)，并對線蟲的腸做了成像分析。用 980  nm 激光作為激發(fā)光源，可以清晰的看到上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在線蟲體內(nèi)的分布，如圖所示 。但是這些發(fā)光納米材料的尺寸比較大，并且表面沒有合適的官能團(tuán)修飾，在細(xì)胞和動物水平成像很難得到進(jìn)一步的發(fā)展。

2008 年，Prasad 等報道了注射 Na YF4:Yb,Tm  (78:20:2%)上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(直徑在 20~30 nm)的 Balb/C 小鼠的活體成像，如圖 所示，在 975 nm 激發(fā)下上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料具有很強(qiáng)的熒光，材料從尾靜脈注射后主要富集在肝臟等部位，沒有背景熒光的干擾，從而明顯突出上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物成像上的優(yōu)勢。

同時基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中也得到迅猛的發(fā)展。新加坡國立大學(xué) Zhang[73,  74]等合成了硅包裹的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于細(xì)胞成像的熒光標(biāo)記物，并且作為細(xì)胞示蹤成像試劑，將標(biāo)記的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料通過尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，觀察到在小鼠的耳血管中發(fā)現(xiàn)有上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的信號。Hilderbrand 等報道了表面 PEG 修飾的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于小鼠的血管成像。近 Kobayashi 等報道了 PEG 修飾的 Na YF4:Yb,Er  和 Na YF4:Yb,Tm 兩種上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于淋巴循環(huán)成像。由于材料的尺寸和表面修飾等原因，納米材料在淋巴結(jié)部位富集量比較少。Xu 等將 CEA8 抗體偶聯(lián)到硅烷包裹的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面用來特異性標(biāo)記癌胚抗原表達(dá)的 Hela 細(xì)胞，并進(jìn)行成像復(fù)旦大學(xué) Li 課題組將對αvβ3 整合素受體高表達(dá)的 RGD 共價鍵偶聯(lián)到上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面，在活體水平上實(shí)現(xiàn)了對 U87 腫瘤細(xì)胞的靶向，并且沒有自發(fā)熒光的干擾，具有較高的組織穿透能力。

2：生物檢測

近年來，基于熒光能量共振轉(zhuǎn)移(FRET)原理的化學(xué)生物傳感器在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)給體與受體滿足一定的條件，就可以實(shí)現(xiàn) FRET，在檢測中發(fā)揮了重要的作用。上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料屬于熒光材料中的一種，具有相類似的性質(zhì)。將上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒與金屬納米粒子(如 Au 納米顆粒)或者與有機(jī)熒光基團(tuán)偶聯(lián)后就可以實(shí)現(xiàn)他們之間的

FRET，上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料作為給體，而熒光基團(tuán)或 Au 納米顆粒作為受體，就可以設(shè)計高靈敏度的化學(xué)傳感器用于生物分子檢測。2005 年 Li 課題組早開展基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的 FRET 用于生物檢測所示，生物素(biotin)連接的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒作為能量給體(donors)，而金納米粒子作為能量受體(acceptors)。當(dāng)親和素(avidin)將 Au 納米粒子和上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子相連時，就會導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換材料的熒光淬滅，淬滅的程度會隨著發(fā)光納米材料表面連接 Au 納米粒子的數(shù)目增多而增加，由此來檢測 avidin 的濃度。

3：基于上轉(zhuǎn)換熒光的多模態(tài)成像

隨著生物成像技術(shù)的發(fā)展，單一的成像模式已不再滿足需求，亟需發(fā)展多模態(tài)成像技術(shù)。上轉(zhuǎn)換熒光成像沒有背景熒光的干擾，具有很高的成像靈敏度，同時在近紅外光激發(fā)下具有較強(qiáng)的組織穿透能力，在生物醫(yī)學(xué)成像中發(fā)揮了重要的優(yōu)勢，但是其成像所需要的時間比較長。而傳統(tǒng)的下轉(zhuǎn)換熒光成像如量子點(diǎn)和有機(jī)染料在成像時，具有嚴(yán)重的光漂白現(xiàn)象，需要高能量的紫外光激發(fā)，組織穿透能力差，還有本身較強(qiáng)的自發(fā)熒光干擾等缺點(diǎn)，成像靈敏度低，但是具有很高的熒光量子產(chǎn)率、發(fā)射光譜可調(diào)、并且成像所需要的時間短等優(yōu)點(diǎn)在光學(xué)成像中同樣發(fā)揮重要的作用。磁共振成像(MRI)主要是斷層掃描，分為 T1 和 T2 效應(yīng)，具有很強(qiáng)的組織穿透能力，但是成像的靈敏度較低。近發(fā)展起來的還有 CT  成像、PET-SPET 

成像等新型的成像方式。下面將以上轉(zhuǎn)換熒光成像為基礎(chǔ)，結(jié)合其他成像方式做一簡單的總結(jié)。

4：新型的癌癥光動力治療

納米材料由于具有很大的比表面積，可以作為藥物輸送載體。運(yùn)用兩親性高分子修飾上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，在納米材料和親水端之間的疏水層可以吸附一些化學(xué)藥物如阿霉素(DOX)再在其表面連接上一些靶向的基團(tuán)如葉酸(FA)，可以實(shí)現(xiàn)靶向性的藥物輸送。同時中間的疏水層也可以吸附一些光敏分子實(shí)現(xiàn)新型的光動力治療。光動力治療是指一些藥物(光敏分子)

在光照的條件下將吸附在周圍的的氧轉(zhuǎn)化為單線態(tài)氧或者是活性氧自由基，從而殺死腫瘤細(xì)胞。該方法大的優(yōu)點(diǎn)是不會對病灶周圍的組織造成損傷，毒副作用較小。許多課題組開展了基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在光動力治療方面的研究。 Zn PC 吸附在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面，然后在 980 nm 激光照射下通過FRET 的方式將上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的能量轉(zhuǎn)移到

Zn PC 分子上，產(chǎn)生大量的單線態(tài)氧或活性氧自由基，在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)了光動力治療，如圖 所示。同樣我們課題組也開展類似的工作，將光敏分子 Ce6 吸附在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面，如圖 所示，在激光的照射下同樣也能產(chǎn)生大量的單線態(tài)氧，通過瘤內(nèi)注射的方式在活體水平上有效抑制了腫瘤的生長。

5：上轉(zhuǎn)換納米顆粒用于腫瘤藥物治療

上轉(zhuǎn)換納米顆粒的光學(xué)特性以及其尖銳且可調(diào)節(jié)的發(fā)射峰讓上轉(zhuǎn)換納米顆粒成

為藥物傳遞和藥物治療的重要載體。它的特殊功能使他能克服傳統(tǒng)探針?biāo)媾R的各種問題，實(shí)現(xiàn)多樣化治療。

近年來，稀土上轉(zhuǎn)換納米探針已經(jīng)被用于診斷治療的研究中，其中上轉(zhuǎn)換納米探

針的發(fā)射峰可以作為光學(xué)信號研究，用來準(zhǔn)確的確定診斷部位以及藥物到達(dá)診部位所需要的時間，以準(zhǔn)確的定位發(fā)病部位和藥物治療所需要的時間，這就是所謂的“影像引導(dǎo)治療”。憑借上轉(zhuǎn)換納米探針優(yōu)異的組織滲透能力和優(yōu)良的生物相容性，上轉(zhuǎn)換發(fā)光介導(dǎo)的治療中，利用其紫外光和可見光來進(jìn)行診療比較常見。在各種治療技術(shù)，光動力學(xué)療法(PDT)和光熱力學(xué)療法(PTT)以其無輻射和優(yōu)異的生物相容性，并且接近傳統(tǒng)的化療和放療而被看好。在上轉(zhuǎn)換納米顆粒本身的治療機(jī)制的基礎(chǔ)上。還可以用上轉(zhuǎn)換發(fā)光成像來引導(dǎo)光動力學(xué)療法和光熱力學(xué)療法。

【新喬生物銷售的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料目錄簡介】：

稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒英文簡稱:UCNPS

產(chǎn)品可選擇的近紅外激發(fā)波長：700nm-1200nm

可提供的Upconversion Luminescence Nanoparticles Material產(chǎn)品名稱：

SiO₂包覆的稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，發(fā)射波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：50-100nm

PEG修飾的稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，發(fā)射波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：30-60nm

油溶性稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，發(fā)射波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：30-60nm

產(chǎn)品定價：

1：SiO₂包覆稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：50-100nm

2: PEG修飾的稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：30-60nm

3: 油溶性稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，發(fā)射波長：紅、綠、藍(lán)可選，顆粒直徑：30-60nm

4:活性基團(tuán)修飾的PEG稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒：

UCNPS-PEG-NH2       

UCNPS-PEG-COOH      

UCNPS-PEG-Biotin         

UCNPS-PEG-NHS   

UCNPS-PEG-Alkyl       

UCNPS-PEG-N3            

油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒，油酸修飾