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基于上转换纳米粒子-金纳米棒的荧光共振能量转移免疫分析法用于癌胚抗原检测

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分析化学 2022年第9期50卷 1299-1307页

作者：于绍楠任玲玲任立群白应洁刘桂锋张婳王振新吉林大学中日联谊医院放射线科吉林大学药学院中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室

构建了一种基于上转换纳米粒子(Upconversion nanoparticles, UCNP)-金纳米棒(Gold nanorods, GNR)的荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)免疫分析方法用于灵敏检测癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen, CEA)。以UCNP作为供体，GNR作为受体，将CEA抗体通过共价偶联的方式分别修饰在UCNP和GNR表面，形成抗体偶联物UCNP-cAb和GNR-dAb,当引入CEA后，通过抗原-抗体相互作用形成“三明治”夹心复合物，导致UCNP与GNR相互靠近发生FRET,并且荧光淬灭效率与CEA浓度呈正相关。基于此建立了检测CEA的FRET免疫分析方法，线性范围为0.01～100 ng/mL,检出限(S/N=3)为0.01 ng/mL。采用构建的FRET免疫分析方法实现了对缓冲溶液和人血清样本中的CEA的检测。本方法具有良好的选择性，有望用于临床检测，为相关癌症的早期诊断、治疗及预后监测等提供了新方法。

关键词：上转换纳米粒子金纳米棒荧光共振能量转移癌胚抗原定量检测

多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展

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发光学报 2023年第11期44卷 2041-2056页

作者：李雅珍王喜龙田跃吴建红田彦婷田碧凝太原理工大学物理学院山西太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院新型碳材料研究所山西太原030024

多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势,但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光,因而成为一种重要的多光子... 详细信息

多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势,但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光,因而成为一种重要的多光子探针。随着成像技术的进步,对上转换纳米粒子的研究正在从聚集体形式向单颗粒水平发展。单颗粒研究上转换发光不仅有利于排除环境因素的干扰,并且呈现出一系列与聚集体研究不尽一致的理论成果。由于单颗粒研究平台更加接近于探针生物成像的工作环境,因此在这一水平下对上转换纳米粒子进行材料优化与物理机制分析更贴近实际应用。本文从多光子发光机制与材料出发,重点围绕着单颗粒水平下上转换纳米粒子近年来的研究成果与应用进展进行了综述,最后对其未来的研究方向进行了展望。

关键词：多光子探针上转换纳米粒子单颗粒成像生物应用

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上转换纳米粒子携载免疫/化疗药物的抗乳腺癌作用研究

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上转换纳米粒子携载免疫/化疗药物的抗乳腺癌作用研究

作者：寇秦洁中南大学

学位级别：硕士

目的:乳腺癌的治疗存在个体差异大、毒副反应明显、肿瘤耐药性强等问题,极大地降低了治疗效果。因此,本研究拟构建一种高效、靶向、安全的纳米药物运载系统,以减少化疗毒副作用并加强抗肿瘤效果。方法:本研究以镧系上转换纳米粒子(UCNPs... 详细信息

目的:乳腺癌的治疗存在个体差异大、毒副反应明显、肿瘤耐药性强等问题,极大地降低了治疗效果。因此,本研究拟构建一种高效、靶向、安全的纳米药物运载系统,以减少化疗毒副作用并加强抗肿瘤效果。方法:本研究以镧系上转换纳米粒子(UCNPs)为载体,同步运载TLR9激动剂Cp G OND和树突细胞靶向的适配体(Apt)形成UCNPs@Cp G-Apt纳米核心,并利用DNA纳米结构运输化疗药物阿霉素(DOX);通过脂质插入法将透明质酸(HA)修饰到红细胞膜(RBCm)表面合成乳腺癌靶向性HA-RBCm(HR)壳结构;最后HR包裹UCNPs@Cp G-Apt/DOX形成新型红细胞膜伪装纳米药物系统HR@UCNPs/Cp G-Apt/DOX。本研究通过多种实验对纳米颗粒进行表征测试,并利用体内外实验验证该纳米颗粒的生物相容性、抗肿瘤特性和免疫刺激活性。结果:体内外实验证明,HR@UCNPs/Cp G-Apt/DOX经红细胞膜伪装具有良好的生物相容性和乳腺癌靶向作用;UCNPs可高效负载Cp G-Apt和DOX,在抑制肿瘤细胞增殖和诱导其凋亡的同时,还能引起肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡反应,释放免疫相关抗原,增强树突状细胞摄取和抗原递呈能力,并调节相关免疫细胞及炎症因子的分泌;利用UCNPs的近红外活体成像特性可对药物体内分布进行成像。结论:HR@UCNPs/Cp G-Apt/DOX是一种用于治疗乳腺癌的新型仿生药物递送纳米颗粒,这是一种能激活肿瘤免疫治疗的独特策略。图17个,表2个,参考文献78篇

关键词：上转换纳米粒子免疫治疗化疗乳腺癌生物医学成像

上转换纳米粒子复合手性分子光开关的制备及性能研究

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上转换纳米粒子复合手性分子光开关的制备及性能研究

作者：邱雅琪天津大学

学位级别：硕士

近年来,近红外(NIR)光驱动分子光开关的开发及其在信息存储和生物医用等领域的潜在应用获得了科学家的广泛关注。相比于紫外光/可见光(UV/Vis),近红外光不仅具备较高的组织穿透深度,还可以避免组织或材料受到光损伤。然而,目前的近红外... 详细信息

近年来,近红外(NIR)光驱动分子光开关的开发及其在信息存储和生物医用等领域的潜在应用获得了科学家的广泛关注。相比于紫外光/可见光(UV/Vis),近红外光不仅具备较高的组织穿透深度,还可以避免组织或材料受到光损伤。然而,目前的近红外光驱动分子光开关通常存在结构设计困难、合成过程复杂、光响应波长不易调节等不足,很大程度上限制了它们的进一步应用。本论文基于具有优异近红外光吸收和转换特性的上转换纳米粒子(UCNPs),设计并合成了两种近红外光可逆驱动的手性偶氮苯光开关体系,并探索了其在液晶中的潜在应用。主要研究内容包括以下三个方面:(1)制备了基于UCNPs的808 nm近红外光驱动的手性偶氮苯光开关。其中,UCNPs在高/低功率密度808 nm近红外光激发下分别发射出UV/Vis主导光。由于UCNPs的发射光谱与手性偶氮苯光开关(Azo 2)的吸收光谱有适当重叠,所以可以利用不同功率密度的808 nm近红外光驱动Azo 2发生可逆的异构化反应。(2)进一步研究了基于808 nm近红外光驱动的手性偶氮苯光开关的蓝相液晶(BPLC)。在高/低功率密度808 nm近红外光的激发下,由于Azo 2发生异构化反应引起螺旋扭曲力值的变化,导致BPLC光子带隙发生移动。(3)制备了基于上转换纳米簇(UCNPs-C)的808/980 nm近红外光驱动的手性偶氮苯光开关,并实现了对胆甾相液晶(CLC)反射光谱的可逆调节。在808/980 nm近红外光的照射下,UCNPs-C分别发射出UV/Vis主导光。然后将其引入到手性偶氮苯光开关Azo 3构筑的CLC复合体系中,由于UCNPs-C的发射光谱与Azo 3的吸收光谱相吻合,所以实现了808/980 nm近红外光对Azo 3顺反异构化和CLC反射光谱的可逆调控。

关键词：上转换纳米粒子手性分子光开关近红外光光驱动

基于上转换纳米粒子和适配体识别的多种真菌毒素检测方法研究

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基于上转换纳米粒子和适配体识别的多种真菌毒素检测方法研究

作者：林先锋江南大学

学位级别：硕士

食品安全关乎人类生命健康,真菌毒素是危害食品安全的一类重要的小分子污染物,对人类和动物均具有很强的毒害作用。因此,构建准确、灵敏、特异和快速的真菌毒素检测方法对于保障食品安全和人类健康意义重大。上转换荧光纳米材料具有反... 详细信息

食品安全关乎人类生命健康,真菌毒素是危害食品安全的一类重要的小分子污染物,对人类和动物均具有很强的毒害作用。因此,构建准确、灵敏、特异和快速的真菌毒素检测方法对于保障食品安全和人类健康意义重大。上转换荧光纳米材料具有反斯托克斯位移大、荧光寿命长、光化学稳定性好、生物毒性低、抗光漂白和光闪烁以及无自体荧光干扰等优点,在复杂基质的生物检测中具有巨大的应用潜力。本论文采用高温热解法制备了808 nm激发的核壳上转换荧光纳米粒子,以真菌毒素适配体为特异性识别分子,分别结合CRISPR技术、双信号检测和纸基分析技术,构建了三种高灵敏、高特异的真菌毒素生物传感新方法,主要内容包括:1.构建了CRISPR-Cas12a介导的荧光共振能量转移呕吐毒素（DON）检测方法。以上转换纳米粒子和金负载MXene纳米片作为CRISPR-Cas12a末端的能量供体-受体对,DON适配体作为CRISPR-Cas12a的激活序列。适配体与DON的结合抑制了CRISPR-Cas12a对单链DNA修饰的上转换纳米粒子的反式切割能力,导致上转换纳米粒子吸附到纳米片表面,荧光淬灭。聚丙烯酰胺凝胶电泳和SYBR Green I荧光实验证明了DON能够有效抑制适配体对CRISPR-Cas12a反式切割活性的激活。在最优条件下,上转换荧光强度的相对值与DON浓度的对数值呈现良好的线性关系,线性范围为1ng/m L～500 ng/m L,检测限为0.64 ng/m L,应用于玉米粉中DON检测的回收率为96.2%～104.6%。本方法将真菌毒素适配体与CRISPR技术结合,拓宽了CRISPR传感技术对非核酸小分子食品危害物的检测范围。2.为了提高检测的可靠性和适用性,构建了基于适配体构像转换的荧光-表面增强拉曼散射（SERS）双信号赭曲霉毒素A（OTA）检测方法。以适配体互补链修饰的上转换纳米粒子为荧光标记,适配体修饰的金纳米海胆为SERS增强基底,6-羧基四甲基罗丹明（TAMRA）染料作为淬灭剂和SERS信标。上转换纳米粒子与金纳米海胆通过核酸杂交形成纳米复合物,当适配体与OTA特异性结合形成类似“茎-环”结构后,修饰在适配体另一端的TAMRA远离上转换纳米粒子的同时靠近金纳米海胆表面,从而实现上转换荧光恢复和SERS信号增强。在最优检测条件下,荧光和SERS信号的相对值与OTA浓度的对数值呈现良好的线性关系,在0.01 ng/m L～100 ng/m L和0.01 ng/m L～50ng/m L的线性范围内,检测限分别为3.2 pg/m L和8.6 pg/m L,在啤酒中OTA的加标回收率分别为95.2%～103%和92.4%～108%。本方法的两个检测信号可相互校对,从而有利于提高检测准确度和可靠性。3.为了进一步提高检测的效率和便捷性,构建了智能手机协助的同时可视化检测玉米赤霉烯酮（ZEN）和OTA的双色纸基传感器。以适配体修饰的双色上转换纳米粒子和Cu-TCPP纳米片作为荧光供体和受体,位于纸基样品区的ZEN和OTA在纸基毛细管力的作用下迁移到两个检测区与相应适配体特异性结合后导致双色上转换纳米粒子和Cu-TCPP纳米片之间的空间距离增大,双色荧光恢复。然后利用智能手机和颜色识别软件分别采集荧光图像以及分析RGB信号。在最优条件下,绿色荧光图片的ΔG值和蓝色荧光图片的ΔB值分别与ZEN和OTA浓度的对数值具有良好的线性关系,线性范围分别为0.5 ng/m L～100 ng/m L和0.1 ng/m L～50 ng/m L,检测限分别为0.44 ng/m L和0.098 ng/m L,在玉米粉中的加标回收率分别为94.5%～103.7%和92.2%～106.8%。本方法具有试剂和样品消耗量小、灵敏度高、选择性好、交叉反应性低和可现场快速检测等优点,为复杂食品基质中多种真菌毒素的同时快速筛查提供了选择。

关键词：上转换纳米粒子适配体真菌毒素检测方法

基于上转换纳米粒子和CdS复合材料构建分子印迹自供能传感器检测毒死蜱

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基于上转换纳米粒子和CdS复合材料构建分子印迹自供能传感器检测...

作者：范欣雅湖南大学

学位级别：硕士

光源是光电化学自供电传感的关键,目前,可见光被广泛用于光电化学传感器的激发。然而,由于可见光能量较高,存在光损耗、热效应等缺点。近红外光占太阳光谱的很大一部分,且具有较低的散射和吸收、较高的穿透性和生物相容性,利用近红外光... 详细信息

光源是光电化学自供电传感的关键,目前,可见光被广泛用于光电化学传感器的激发。然而,由于可见光能量较高,存在光损耗、热效应等缺点。近红外光占太阳光谱的很大一部分,且具有较低的散射和吸收、较高的穿透性和生物相容性,利用近红外光作为光电化学传感器的激发光源可以解决目前可见光面临的诸多问题。因近红外光能量较低,将低能量的近红外光转换为高能光源是关键,本文将能提高低能辐射能量的上转换纳米粒子（UCNPs）与半导体Cd S结合制备了UCNPs/Cd S复合光活性纳米材料,以此为基础构建了一种新型的近红外光驱动的自供能传感器,实现了对毒死蜱（CPF）的定量检测,主要研究工作如下:通过水热法合成了UCNPs/Cd S复合材料,拓宽了光电化学传感器的光响应范围。上转换是指将长波长光转换为短波长光发射的过程。在近红外光激发下,基于光阳/阴极表面的氧化/还原反应构建了光电化学自供电体系。该传感器分为光电阳极和阴极,光电阳极为UCNPs/Cd S负载具有特异性识别功能的分子印迹聚合物（MIP）修饰的电极,阴极为铂电极。采用的UCNPs以Na YF为基质材料,掺杂敏化剂(Yb)和激活剂(Gd,Tm),敏化剂优先吸收红外光,将吸收的能量转移给激活剂,产生可见光。将UCNPs与Cd S复合,实现了硫化镉对红外光谱的响应,提升了其光响应范围。而MIP膜以毒死蜱为模板分子,以对巯基苯胺为功能单体制得,MIP膜的修饰可提高传感器的选择性。该分子印迹自供电传感器的开路电压信号随毒死蜱浓度呈线性增长,检测范围达0.01～100ng·m L。且该传感器具有良好的选择性和重复性,为制备高效实用的近红外光响应型光电化学传感器提供了有价值的基础,在光电传感、生物医疗等方面具有很强的应用潜力。

关键词：上转换纳米粒子分子印迹聚合物光电化学传感器毒死蜱

上转换纳米粒子结合DNA链式扩增技术在阿霉素光控释放中的应用

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应用化学 2018年第12期35卷 1485-1491页

作者：于畅邵帅李贺杰刘国锋丁彬彬马平安林君中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室长春130022 中国科学院大学北京100049 长春理工大学化学与环境工程学院长春130022 吉林大学第二医院耳鼻喉-头颈外科长春130041 吉林大学物理学院长春130012 中国科学技术大学合肥230026

纳米技术的发展使得纳米材料可以通过不同的表面包覆和修饰而在生物医药中发挥应用。构建简单、经济、药物释放可控的生物相容性纳米药物仍是纳米生物化学领域的重点。我们构建的纳米载药体系(DDS)以Na YF4∶Yb/Tm上转换纳米粒子为载体... 详细信息

纳米技术的发展使得纳米材料可以通过不同的表面包覆和修饰而在生物医药中发挥应用。构建简单、经济、药物释放可控的生物相容性纳米药物仍是纳米生物化学领域的重点。我们构建的纳米载药体系(DDS)以Na YF4∶Yb/Tm上转换纳米粒子为载体,在其表面通过光致断键型小分子4,5-二甲氧基-2-硝基苯基乙酮(DMNPE)连接一段短单链DNA,利用DNA链式扩增技术(HCR)来调节纳米粒子最终修饰的双链DNA的总量,从而控制对抗癌药物阿霉素(Dox)的担载量,在980 nm激光照射下上转换纳米粒子发射可切断DMNPE连接的近紫外光,协同胞内DNA酶的作用达到对药物的可控释放。由于近红外光照对生物组织具有较好的穿透能力,此体系能够对病灶位置有更好的光靶向性从而减少药物的毒副作用。

关键词：上转换纳米粒子 DNA链式扩增控制释放盐酸阿霉素

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新型5-氨基乙酰丙酸衍生物及其负载的上转换纳米粒子的设计、合成及活性研究

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新型5-氨基乙酰丙酸衍生物及其负载的上转换纳米粒子的设计、合成...

作者：邬凯煜杭州师范大学

学位级别：硕士

光动力治疗(PDT)是利用光源照射并激发光敏剂,引发其产生活性氧或自由基,诱导肿瘤细胞凋亡或直接杀灭肿瘤细胞,从而治愈肿瘤的一种治疗手段。相对于传统的放疗、化疗与手术切除等方法,PDT在肿瘤治疗方面具有非侵入性、选择性较高、对正... 详细信息

光动力治疗(PDT)是利用光源照射并激发光敏剂,引发其产生活性氧或自由基,诱导肿瘤细胞凋亡或直接杀灭肿瘤细胞,从而治愈肿瘤的一种治疗手段。相对于传统的放疗、化疗与手术切除等方法,PDT在肿瘤治疗方面具有非侵入性、选择性较高、对正常组织毒副作用小、不会产生耐药性等显著优势,逐渐成为继传统疗法后的又一种重要的肿瘤治疗手段。在PDT中,光敏剂的作用至关重要。5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一种内源性光敏剂,本身无光敏活性,是生物体内合成血红素的前体,ALA通过血红素合成途径转化为具有光敏性的原卟啉IX(PpIX),PpIX进一步与铁螯合产生无光敏性的血红素。因此,外源性增加ALA的浓度和采用铁螯合剂是增加PpIX在靶细胞中浓度的两个主要方法。此外,铁也是肿瘤细胞新陈代谢和繁殖的重要物质,肿瘤细胞具有比正常细胞更高的铁需求量,而羟基吡啶酮(HPO)类铁螯合剂表现出了一定的抗癌效果,并且与ALA联用能显著提高细胞内PpIX水平,从而协同发挥抗肿瘤作用。另一方面,PDT中常用的激发光源为可见光,却无法利用生物组织吸收较少的近红外光(NIR)。而上转换发光是指材料受到波长较长、能量较低的光激发,发射出波长较短、能量较高的光的现象。镧系元素掺杂的上转换纳米粒子(UCNPs)由于其具有稳定性好、反斯托克斯位移大和毒性低等优点,并能利用NIR作为激发光源,在生物成像、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于血红素合成途径和肿瘤异常铁代谢机制,设计ALA与HPO类铁螯合剂偶联的新型双重抗肿瘤衍生物,协同增加内源性光敏剂PpIX的积累和抗肿瘤疗效;基于UCNPs的能量转换机制,设计可调发光的UCNPs以匹配PpIX的吸收光谱,利用红外光激发而上转换发出可见光激活光敏剂;基于纳米粒子多重修饰策略设计pH响应型光敏剂负载的UCNPs,提高光敏剂的靶向性同时利用红外光进行PDT。最终,获得了具有更优PDT疗效的新型ALA-HPO类先导化合物,为发现新型光敏剂奠定基础;获得了新型光敏剂及其负载的UCNPs,为实现组织穿透力更深的红外光触发的PDT提供新策略。主要成果如下:1、设计和合成系列新型ALA-HPO类化合物,共获得目标化合物16个(AP-1～AP-16),对目标化合物进行了细胞暗毒性、光毒性、PpIX荧光动力学研究并计算机辅助评估了其类药性,获得一个最佳化合物AP-8,并对构效关系进行了总结与讨论。2、合成了系列粒径大小从20 nm到38 nm不等的具蓝紫外发光和多色发光的形貌均一的六方相核壳UCNPs。3、合成了pH响应型ALA及其衍生物AP-8负载的UCNPs(ALA-UCNPs、AP-8-UCNPs),并对其进行了初步的细胞光毒性评价。

关键词：光动力治疗光敏剂 5-氨基乙酰丙酸铁螯合剂上转换纳米粒子

近红外光响应的上转换纳米粒子@介孔二氧化硅复合材料的制备及其药物可控释放

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近红外光响应的上转换纳米粒子@介孔二氧化硅复合材料的制备及其...

作者：朱雪松浙江理工大学

学位级别：硕士

癌症作为21世纪对人类危害最大的疾病之一,对人类的生命安全产生了极大的威胁。在传统治疗手段中,化疗是患者使用最多的治疗手段之一。当化疗药物进入人体内,由于缺乏靶向性,会对正常细胞有一定伤害,容易对患者造成二次伤害。而纳米药... 详细信息

癌症作为21世纪对人类危害最大的疾病之一,对人类的生命安全产生了极大的威胁。在传统治疗手段中,化疗是患者使用最多的治疗手段之一。当化疗药物进入人体内,由于缺乏靶向性,会对正常细胞有一定伤害,容易对患者造成二次伤害。而纳米药物输送系统(NDDS)可以将适量的药物运输到合适的病变位置,同时在外界条件刺激下,使得药物精准可控得释放,达到治疗的效果。同时NDDS具有良好的生物相容性及较高的药物利用率,因此为肿瘤治疗提供了新的思路。相较于其他刺激条件如p H、氧化还原、温度、酶等,近红外光(NIR)具有易调节、高效、无创、洁净的优点,所以光刺激在药物递送领域具有良好的应用前景。据此,本文主要设计并研究了基于NIR光响应的纳米药物运输体系。另外,由于介孔二氧化硅(m Si O)具有光和热稳定性、可调节的尺寸、较大的孔体积/比表面积等优点,因此其作为药物载体并设计了系列具有NIR光响应的纳米药物控制释放体系。实验结果表明,所制备的纳米载体具有良好的载药效果及较低的细胞毒性。本研究为NDDS在生物医学领域方面的应用提供了一定的思路。主要内容分为两部分:在第一部分中,首先合成了上转换纳米粒子(UCNPs),包覆一层m Si O,得到了UCNP@m Si O核壳纳米粒子结构,将药物阿霉素(DOX)装载到m Si O孔道内并用α-环糊精(α-CD)与邻硝基苄(o-NB)基结合的超分子纳米阀作为塞子堵住孔洞,阻止DOX泄露。在NIR刺激下,光易裂解o-NB分子发生断裂,使得α-CD脱落,导致DOX快速释放。通过改变NIR的照射时间及照射强度可以有效调节DOX的释放行为,并且制备得到的纳米复合载药材料对He La细胞具有良好的生物相容性。在第二部分中,首先合成了UCNPs并在其表面包覆一层m Si O,然后通过酰胺化反应将紫外(UV)响应的偶氮苯(AZO)分子修饰到纳米粒子表面并将药物阿霉素(DOX)装载到介孔中,最后通过环糊精(β-CD)与AZO的主客体络合作用封堵m Si O的孔洞。在NIR照射下,纳米粒子将NIR转换为UV和可见光,使AZO分子发生顺反异构,导致β-CD分子脱落,从而实现药物的可控释放。通过改变NIR的强度及照射时间(每1 h黑暗/光照交换一次)可有效控制药物的释放速度。此外,细胞毒性实验证实了其良好的生物相容性,并且在NIR照射下显示出高细胞毒性的特征。以上结果表明所制备的载药体系体现出优良的NIR触发的光控药物释放行为,在药物递送领域有潜在的应用价值。

关键词：上转换纳米粒子近红外光二氧化硅药物载体可控释放