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上转换纳米颗粒
癌症治疗中的光转化剂 5 5.1癌症的光能疗法 鉴于癌症细胞在红光照射下易受某些特定的光敏化学物质攻击的发现,人们发明了癌症光能疗法(PDT),这种疗法效率高,对正常组织无侵害性,是一种对癌症或癌变前症较为经济的治疗手段。 大体上讲,PDT包括三个基本步骤: (1)光敏物质由表面修饰的功能分子“导向”到特定的肿瘤细胞或组织中 (2)用预定的剂量照射癌变部位以激活光敏物质 (3)光敏物质释放出活性氧杀死临近异常细胞,而对周围正常组织没有影响。 5.2基于UCNPs的光能疗法 传统的PDT疗法中用以激活光敏物质的光束大约只能穿透一厘米的组织,因而PDT主要用于治疗皮下或内脏表层的肿瘤;其另一个缺点在于其在治疗大肿瘤或扩散性肿瘤时效率较低 UC纳米颗粒近红外的激发光有较强的组织穿透能力,其发出的可见光可以激发光活性物质进而产生ROS。此外,这些纳米颗粒可以较方便地进行癌细胞的目标导向 总结与展望 6 讨论了发光上转换纳米颗粒的原理及其在生物领域应用方面的新进展。这些方法的研发为红外敏感分子的无光损探测及良好穿透能力的细胞观察提供了有力的工具。 除了可以作为具有高光学稳定性的发光生物标记外,UC纳米颗粒在癌症治疗的PDT中的应用也取得了可喜的成果。为了充分发掘这项技术的潜力,我们需要寻找新的方法来同时实现纳米颗粒的高光敏物质负载率和小尺寸性。进一步研制具有小尺寸、高亮度、可调光色的性能的上转换纳 米颗粒,伴之以探测技术及成像设备的改 进,使UC纳米颗粒标记技术成为解决当 今世界的许多挑战性问题的万能手段。 Company LOGO Company LOGO 上转换纳米颗粒在生物标记成像及治疗中的应用 Upconversion nanoparticles in biological labeling, imaging, and therapy Analyst Volume 135 | Number 8 | August 2010 | Pages 1797–2160 光电功能材料2011 宋阳 10300220116 指导老师 熊焕明 “上转换”现象 “上转换”现象 上转换是指把两个或多个低能量泵浦光子转换为一个高能输出光子的非线性光学过程 最早发现于上世纪六十年代中期(因量子产率极低且当时没有高能激发光源未引起注意;之后激光器的广泛使用引起上转换研究的热潮) 以其独特的光频“上转换”能力,在生物领域具有重要的应用价值 简介 1 上转换发光材料 Vs 传统发光材料 有机荧光染料 量子点 上转换纳米颗粒 作为生物成像造影剂 宽发射谱 光漂白 消光系数大 高量子产率 窄发射带宽 发光易调控 高光学稳定性 毒性强 闪烁发光 NIR激发得到可见光 对组织损伤小 NIR组织穿透性强 降低本底辐射干扰 发射峰窄 发光易调控 光学稳定性好 寿命长 毒性低 量子产率低 内容概要 UCNPs的性质 2 2.1组成及晶体结构 上转换纳米颗粒:无机基质+稀土掺杂离子 掺杂离子:发光中心+敏化剂 基质:“Hold”住掺杂离子 (卤化物、氧化物、硫化物、硫氧化物) 特定波长范围内有较好的透光性 发光中心: 敏化剂: (对激发光吸收能力较强,将能量传给发光中心) (均匀分立的能级+较长的亚稳态寿命) 较低的声子能 较高的光致损伤阈值 (常用) 2.1组成及晶体结构 上转换发光机理 激发态吸收 能量转移 合作敏化 合作发光 双光子吸收 光子雪崩 2.2光学性质 4f层电子跃迁,受外电子层屏蔽 光学稳定性好 发射峰窄 2.2光学性质 光色可调:掺杂物种、掺杂比例(浓度)、掺杂位置 基质类型、混色方式 2.2光学性质 (整体)无发光闪烁 电子跃迁禁阻 (磷光而非荧光) 寿命长 2.3表面化学 水/溶剂热法制备UC纳米颗粒时通过配体控制晶体生长(尺寸、形貌) 改变纳米颗粒的亲疏水油性(主要是亲油变亲水) 使表面带有可以连接生物功能分子的官能团,如羟基、羧基 填补表面缺陷;保护颗粒不受外界影响。提高发光效率 2.3表面化学 配体加工 表面聚合 配体吸引 双电层聚集 具有修饰功能基团的亲水UC纳米颗粒的制备方法和相应表面分子 其中,硅包覆法因方法成熟、生物相容性好、有大量可以用于连接生物功能分子的官能团而最常用 2.4细胞毒性 在Yb/Er掺杂稀土氟化物颗粒纳米颗粒浓度为800ug/ml的环境下培养人类咽炎上皮癌KB细胞20小时后,测得细胞活性没有根本性的改变 目前细胞体外培养、动物活体实验均表明稀土掺杂的UCNPs
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