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基于上转换纳米颗粒的肿瘤光动力治疗研究进展

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癌变．畸变．突变 2024年第1期36卷 70-76页

作者：王芳孙照刚褚洪迁首都医科大学附属北京胸科医院转化医学研究室北京101149 北京市结核病胸部肿瘤研究所耐药结核病研究北京市重点实验室北京101149

肿瘤是目前威胁人类健康的主要疾病之一,传统的肿瘤治疗方法主要有手术、化学疗法和放射疗法等,但是上述手段存在局限性,如创伤性大、风险高、化疗药物的选择性差、产生耐药性和毒副作用大等。光动力疗法(PDT)是用特定波长照射肿瘤部位... 详细信息

肿瘤是目前威胁人类健康的主要疾病之一,传统的肿瘤治疗方法主要有手术、化学疗法和放射疗法等,但是上述手段存在局限性,如创伤性大、风险高、化疗药物的选择性差、产生耐药性和毒副作用大等。光动力疗法(PDT)是用特定波长照射肿瘤部位,活化选择性聚集在肿瘤部位的光敏剂,引发光化学反应破坏肿瘤细胞的过程。PDT因具有微创、靶向性强和不良反应少等优点,被广泛应用于抗肿瘤治疗。但是,传统的PDT治疗效果受到光敏剂的组织穿透能力弱、肿瘤微环境缺氧及免疫抑制等因素的限制。近几年来,上转换纳米颗粒(UCNPs)在生物医学领域的应用得到广泛关注。由于UCNPs具有毒性低、化学稳定性和光稳定性好等优点,具有将近红外光转换为紫外-可见光的特点,有望解决传统PDT存在的问题。本文主要概述了基于UCNPs的PDT在抗肿瘤领域的研究进展,并对其未来应用进行展望。

关键词：光动力疗法上转换纳米颗粒肿瘤治疗光敏剂

上转换纳米颗粒介导的无线光遗传学技术的研究进展

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生物化学与生物物理进展 2021年第6期48卷 646-658页

作者：刘颖勋李林源何宇蒙任维陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室西安710062

光遗传学技术是结合基因工程和光学技术对生物体特定细胞进行精确调控的新兴生物技术,该技术可以特异性地兴奋或抑制靶神经元,成为解析介导特定行为神经环路的强有力的工具.传统技术依赖光纤,对脑组织有损伤且限制了动物的自由活动.新... 详细信息

光遗传学技术是结合基因工程和光学技术对生物体特定细胞进行精确调控的新兴生物技术,该技术可以特异性地兴奋或抑制靶神经元,成为解析介导特定行为神经环路的强有力的工具.传统技术依赖光纤,对脑组织有损伤且限制了动物的自由活动.新一代上转换纳米颗粒介导的无线光遗传学技术,借助近红外光组织穿透相对深的特性,能够对啮齿类动物脑组织深层核团进行无线调控,克服了传统技术中埋置光纤存在的缺陷.本文总结了上转换纳米颗粒介导的无线光遗传学技术的发展历程及现状,比较分析了这类无线光遗传学技术的优缺点,最后对该技术面临的挑战及未来前景进行了分析和展望.

关键词：光遗传学上转换纳米颗粒近红外光无线调控

上转换纳米颗粒的发光机理、制备及生物应用进展

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材料导报 2022年第14期36卷 94-104页

作者：李静芝高志贤李双赵旭东秦英凯刘辉韩铁军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所天津300050 兰州大学公共卫生学院兰州730000

稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)是一类吸收长波近红外光子并发射短波紫外可见光子的新型荧光标记材料,即其能够有效地将两个或多个低能光子转换成高能光子。UCNPs克服了传统荧光标记材料的灵敏度低、光稳定性差等缺点,成为有前途的传... 详细信息

稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)是一类吸收长波近红外光子并发射短波紫外可见光子的新型荧光标记材料,即其能够有效地将两个或多个低能光子转换成高能光子。UCNPs克服了传统荧光标记材料的灵敏度低、光稳定性差等缺点,成为有前途的传统标记材料的替代物之一。近红外激发的UCNPs具有反斯托克斯位移大、对生物组织损伤小、组织穿透能力强、转换效率高、无背景荧光干扰以及无光漂白效应等诸多优点。其由于突出的优点、独特的光学性能,在很多领域成为研究的新热点,尤其是在生物传感、成像、靶向给药和光动力学治疗以及生物检测分析应用中显示出巨大的潜力。本文简要介绍了UCNPs的组成、发光机理以及主要合成方法;在此基础上,重点综述了UCNPs在传感、成像和治疗应用方面的最新研究进展,最后合理地分析了UCNPs目前存在的不足,并展望了其未来的发展方向。

关键词：上转换纳米颗粒生物传感生物成像光疗法靶向给药

基于DNA与上转换纳米颗粒相结合的生物传感与成像研究进展

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高等学校化学学报 2022年第12期43卷 282-289页

作者：赵恒智余方志李翔菲李乐乐国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室北京100190

脱氧核糖核酸(DNA)的分子识别特性与功能使其在生物传感与成像领域得到了广泛应用.另一方面,得益于自身独特的光学性质,镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒在生物医学应用中备受关注.特别地,二者的有机结合可产生新的性质与功能,在生物传感... 详细信息

脱氧核糖核酸(DNA)的分子识别特性与功能使其在生物传感与成像领域得到了广泛应用.另一方面,得益于自身独特的光学性质,镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒在生物医学应用中备受关注.特别地,二者的有机结合可产生新的性质与功能,在生物传感与成像领域展现出优势,推动了该领域的发展.本文综合评述了基于DNA与上转换纳米颗粒相结合的生物传感与成像技术的研究进展,重点聚焦于相关方法的分类与设计原理,简要概述了相关的应用研究,并对该领域目前存在的挑战与未来的发展前景进行了讨论.

关键词：上转换纳米颗粒脱氧核糖核酸生物传感器生物成像纳米探针

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基于上转换纳米颗粒的光动力疗法研究新进展

中国稀土学报 2021年第3期39卷 325-337页

作者：陈尧轩向治楚马旭李乐乐国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室/中国科学院纳米科学卓越创新中心北京100190 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

作为一种新型治疗手段,光动力疗法近年来被广泛应用于癌症等疾病的治疗研究。然而,用于激活光敏剂的紫外或可见光具有较低的组织穿透深度,限制了光动力疗法的治疗效果。上转换纳米颗粒可以将组织穿透能力较强的近红外光转换为紫外或可见... 详细信息

作为一种新型治疗手段,光动力疗法近年来被广泛应用于癌症等疾病的治疗研究。然而,用于激活光敏剂的紫外或可见光具有较低的组织穿透深度,限制了光动力疗法的治疗效果。上转换纳米颗粒可以将组织穿透能力较强的近红外光转换为紫外或可见光,为实现近红外光激活的光动力疗法提供了光转换器,有望解决传统光动力疗法组织穿透深度较浅的问题。本文综述了基于上转换纳米颗粒光动力治疗体系的构建方法,重点讨论近期发展的基于金属-有机框架结构与上转换纳米颗粒相结合的新策略,并对其进行总结和展望。

关键词：上转换纳米颗粒光动力疗法金属-有机框架结构稀土

Nd^3＋掺杂的NaYF4：Yb@NaYF4：Ho上转换纳米颗粒的光谱分析

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无机材料学报 2017年第2期32卷 180-184页

作者：熊茂珍叶帅王广盛宋军屈军乐深圳大学光电工程学院教育部光电子器件与系统重点实验室深圳518060

上转换纳米颗粒因具有良好的穿透深度和发光强度被广泛地应用在生物标记或生物成像中。实验制备了核壳结构的NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho纳米颗粒,分散均匀,粒径在50 nm左右。通过光谱分析可知,该纳米颗粒可在980 nm激光激发下发射波长为650 n... 详细信息

上转换纳米颗粒因具有良好的穿透深度和发光强度被广泛地应用在生物标记或生物成像中。实验制备了核壳结构的NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho纳米颗粒,分散均匀,粒径在50 nm左右。通过光谱分析可知,该纳米颗粒可在980 nm激光激发下发射波长为650 nm为主的发射光。进一步对该核壳结构的NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho纳米颗粒进行Nd^(3+)掺杂,制备了可被800 nm激光激发且发射强红光的纳米颗粒。通过比较多种不同结构的Nd^(3+)掺杂NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho纳米颗粒的荧光光谱发现,NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho,Nd纳米颗粒发射光最强,表明Nd^(3+)掺杂在NaYF_4:Yb@NaYF_4:Ho纳米颗粒的壳层中最佳。最后对NaYF_4:Yb^(3+)50%@NaYF_4:Ho^(3+)1%,Nd^(3+)x%纳米颗粒Nd^(3+)离子的掺杂浓度进行优化,实验结果表明:Nd^(3+)掺杂浓度为30%时,该纳米颗粒在800 nm激光激发下发光强度最强。

关键词：上转换纳米颗粒 Nd3+掺杂核壳结构

Nd^(3+)掺杂的NaYF_4∶Yb,Er/Tm上转换纳米颗粒的光谱分析

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光学学报 2015年第8期35卷 221-225页

作者：叶帅宋军陈林春王东彭晓屈军乐深圳大学光电工程学院教育部光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060

生物组织对980 nm波长的光有较强的吸收,限制了Yb/Er或Yb/Tm共掺的Na YF4上转换纳米颗粒在生物方面的应用范围。通过对Na YF4∶Yb,Er/Tm纳米颗粒进行Nd掺杂,获得可在800 nm波长的激光激发下产生荧光的纳米颗粒。对多种不同形貌的Nd掺杂... 详细信息

生物组织对980 nm波长的光有较强的吸收,限制了Yb/Er或Yb/Tm共掺的Na YF4上转换纳米颗粒在生物方面的应用范围。通过对Na YF4∶Yb,Er/Tm纳米颗粒进行Nd掺杂,获得可在800 nm波长的激光激发下产生荧光的纳米颗粒。对多种不同形貌的Nd掺杂纳米颗粒的荧光光谱的研究表明,具有核壳结构的Na YF4∶Yb3+20%,Er3+2%@Na YF4∶Nd3+20%纳米颗粒在800 nm激光激发下的荧光强度最高,基本上与Na YF4∶Yb3+20%,Er3+2%纳米颗粒在980 nm激光激发下的荧光强度相当,其强度比Na YF4∶Yb3+20%,Er3+2%,Nd3+20%纳米颗粒提高了600倍以上。分析表明,Nd掺杂导致的淬灭效应主要来自于Nd和光敏剂Yb之间的作用,而不是与活化剂Er/Tm之间的作用。

关键词：材料上转换纳米颗粒 Nd3+掺杂核壳结构荧光光谱

近红外光激发功能化上转换纳米颗粒用于解聚Aβ聚集体

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化学学报 2021年第8期79卷 1049-1057页

作者：黄菊李贞刘志洪武汉大学化学与分子科学学院武汉430072 湖北大学化学化工学院武汉430062

阿尔兹海默症(AD)是一种进行性神经退行性疾病,其特征是记忆力减退、神志不清和各种认知障碍.β-淀粉样蛋白(Aβ)的自组装聚集是阿尔茨海默症患者大脑的主要特征之一,其加剧了AD患者的神经病变和认知障碍,因此抑制Aβ聚集是一种潜在的治... 详细信息

阿尔兹海默症(AD)是一种进行性神经退行性疾病,其特征是记忆力减退、神志不清和各种认知障碍.β-淀粉样蛋白(Aβ)的自组装聚集是阿尔茨海默症患者大脑的主要特征之一,其加剧了AD患者的神经病变和认知障碍,因此抑制Aβ聚集是一种潜在的治疗AD的策略.光动力疗法是抑制Aβ聚集和解聚Aβ聚集体的有效方法.然而,大多数光敏剂为紫外和可见光激发,在生物组织中的渗透深度低,并引起严重的组织损伤,这限制了其在生物医学中的应用.本工作构建了一种近红外光激发的双靶向上转换纳米体系应用于抑制Aβ聚集过程.以核壳结构的上转换纳米颗粒(UCNPs)作为光转换器,通过两亲聚合物二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-马来酰亚胺(DSPE-PEG-MAL)的疏水包覆作用负载光敏剂二氢卟吩e6(Ce6),在纳米颗粒表面通过马来酰亚胺与巯基的特异性反应修饰了可跨越血脑屏障的肽链TGN和靶向Aβ42的肽链QSH.实验结果表明在近红外光激发下UCNPs通过发光共振能量转移(LRET)将能量转移至光敏剂Ce6,使其跃迁至激发态后与周围的氧气分子作用产生单线态氧(^(1)O_(2)),不可逆地氧化Aβ,从而有效解聚了Aβ聚集体,降低了Aβ聚集体的神经毒性.此外,该体系不仅具有良好的生物相容性,而且可以有效穿过血脑屏障靶向作用于Aβ42,显示出其在活体水平治疗AD的潜力.

关键词：近红外光上转换纳米颗粒光动力治疗 β-淀粉样蛋白阿尔兹海默症

上转换纳米颗粒的制备及在光动力学治疗、生物检测中的应用

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上转换纳米颗粒的制备及在光动力学治疗、生物检测中的应用

作者：吴燕梅湖南大学

学位级别：硕士

近年来，越来越多的新型纳米发光材料由于其独特的光学性能而成为当前研究的焦点，各式各样的基于纳米发光材料的生物传感器已被构建。尤其是最近研究热门的上转换纳米发光材料（UCNPs），由于其能够通过多光子机制将近红外光转换成可... 详细信息

近年来，越来越多的新型纳米发光材料由于其独特的光学性能而成为当前研究的焦点，各式各样的基于纳米发光材料的生物传感器已被构建。尤其是最近研究热门的上转换纳米发光材料（UCNPs），由于其能够通过多光子机制将近红外光转换成可见光，具有激发光能量低、背景低、发光强度高且稳定、发射波长可通过控制其组成进行调节等优点而在生物检测中得到了广泛的研究，其生物相容性好、组织穿透能力强和毒性低等优点更是让其在细胞、肿瘤成像诊断和治疗中得到了大力的发展。基于此，本文围绕新型上转换纳米颗粒开展了以下三个方面的工作：一、利用溶剂热法制备了发蓝光的NaGdF4:Yb,Tm/NaGdF4和发绿光的NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒。结果表明，相比于NaGdF4:Yb,Tm/NaGdF4（发射峰主要在475nm），NaYF4:Yb,Er（发射峰主要在540nm和650nm）粒径大且发光效率高。在此基础上，选择NaYF4:Yb,Er进一步解决其水溶性问题，对其进行硅壳包被（采用st ber法）和磷脂包被，结果表明包裹磷脂后的NaYF4:Yb,Er比包裹硅壳后的NaYF4:Yb,Er水溶性及分散性好，且磷脂层薄几乎不影响NaYF4:Yb,Er的发光，为NaYF4:Yb,Er的应用奠定了实验基础。二、结合UCNPs的特殊光学性能和核酸适配体的高特异性识别能力发展了一种简便的靶向识别肿瘤细胞并进行光动力学治疗的新方法。其原理为：通过疏水作用在磷脂包裹的上转换纳米颗粒的疏水层组装上锌酞氰，其能够有效吸收NaYF4:Yb,Er在650nm处的发射光并释放出单线态氧诱导细胞凋亡，通过生物交联在带巯基的磷脂上交联上AS1411适配体，其能够特异性的识别肿瘤细胞表面高表达的核仁蛋白从而靶向到肿瘤细胞内进行光动力学治疗。结果表明该传感器能够很好的靶向到人乳腺癌细胞并通过光动力学治疗杀死人乳腺癌细胞，而对人正常乳腺细胞基本无损伤作用。三、结合UCNPs的光学性能和氧化石墨烯独特的电子学性质发展了一种简便的、灵敏度高的分析技术用于HIV-1gp120抗体的检测。其原理为：选择HIV-1gp120抗体所对应的肽，将肽与磷脂进行交联形成磷脂-肽的复合物。磷脂-肽和甲氧基磷脂能够通过范德华作用力一步组装到UCNPs表面，此时的上转换纳米颗粒能够通过π-π共轭作用和疏水作用吸附到石墨烯上而荧光被猝灭。当有抗体存在时，肽能够特异性的识别抗体形成肽-蛋白复合物，使UCNPs从氧化石墨烯表面上解离下来，荧光信号得到恢复。结果表明：该传感器在PBS缓冲溶液中和血清中都能与HIV-1gp120抗体在5nM-150nM呈良好的线性关系，在缓冲溶液中的检测限为2nM。在实际样品的检测中，回收率在95%08%范围之内，相对标准偏差约6%。表明该传感器能够有效地降低复杂生物样品中的背景干扰，在实际样品的定量分析中可以获得满意的结果。

关键词：上转换纳米颗粒磷脂光动力学治疗锌酞氰单线态氧氧化石墨烯 HIV-1gp120抗体