上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的構(gòu)建及其生物成像應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)成像是以探針的發(fā)光信號(hào)進(jìn)行示蹤，是一種能在亞細(xì)胞層次進(jìn)行活體觀察的方法。上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料是一類新興的發(fā)光標(biāo)記材料，由于特殊的反斯托克斯位移的發(fā)光過程，使其應(yīng)用至生物成像時(shí)能夠有效的消除由于自發(fā)熒光產(chǎn)生的背景干擾。但是現(xiàn)在常用于生物成像的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料存在量子效率低、吸收截面小、水溶性差、以及難以功能化等問題。
　　本論文圍繞者如何提高上轉(zhuǎn)換的量子效率、增大吸收截面、改善上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料水溶性、以及進(jìn)一步功能化開展了如下研究工作

2、:
　?、?稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的研究及其生物成像應(yīng)用
　　1) NaLuF4為基質(zhì)的高效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料應(yīng)用至高靈敏度的生物成像
　　此類材料以NaLuF4作為基質(zhì)，通過Er或者Tm摻雜后，可以獲得較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光;通過Gd3+摻雜，可以誘導(dǎo)其有α相轉(zhuǎn)至β相，且粒徑也有所減小。最后得到約7.8 nm稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子，其量子效率可達(dá)0.47％，高于目前公認(rèn)最好的六方相NaYF4為基質(zhì)的上轉(zhuǎn)換納米材料。此外利用T

3、m摻雜近紅外到近紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光，標(biāo)記了此類材料的細(xì)胞在活體中的檢測限最低可至50個(gè)細(xì)胞。
　　2)超分子自組裝的發(fā)光改良稀土納米材料的水溶性
　　發(fā)展了通過超分子自組裝的方法來改良稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的水溶性，首次將超分子自組裝的策略引入到稀土納米材料表面改性。此類方法的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)水相的需要的時(shí)間很短＜1min，操作簡單，且在表面修飾的過程中不會(huì)改變納米粒子的形貌，粒徑等。水溶性改善的稀土納米材料具有較低的細(xì)胞毒性，可用于標(biāo)

4、記細(xì)胞。
　　3)陽離子輔助配體交換的方法構(gòu)建多功能多模式的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米探針
　　發(fā)展了通過陽離子輔助配體交換的策略在對(duì)稀土納米材料進(jìn)行表面修飾的同時(shí)構(gòu)建了多模式成像的探針。合成的油溶性稀土納米材料通過與Gd3+的陽離子交換，使納米粒子的表面帶有較多的正電荷，利于新的配體與表面的稀土離子配位。當(dāng)加入的配體為葉酸時(shí)，此材料可用于葉酸受體高表達(dá)的細(xì)胞靶向成像。而后再通過18F-與表面的稀土離子作用得到可用于PET成像的探針。最

5、后得到了可用于MRI，PET和UCL成像的稀土納米探針。
　　4) Hg2+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米傳感器的構(gòu)建
　　發(fā)展了一類水溶性的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的Hg2+的納米傳感器。此探針的構(gòu)建是通過將對(duì)Hg2+有響應(yīng)的有機(jī)染料(N719)組裝到稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的表面。此探針具有響應(yīng)時(shí)間短(＜10 s)，靈敏度高(其檢測限可低至1.95 ppb，低于美國EPA規(guī)定的飲用水的Hg2+最高含量2 ppb)等特點(diǎn)。另外，此探針成功被應(yīng)用于檢測細(xì)

6、胞中Hg2+含量的變化。
　?、?基于三線態(tài)-三線態(tài)湮滅的上轉(zhuǎn)換納米材料的構(gòu)建及其生物成像應(yīng)用
　　5)水溶性的藍(lán)光發(fā)射的TTA-UCL的納米材料的構(gòu)建及其應(yīng)用至生物成像
　　探索合成了一類具有TTA-UCL的水溶性的SiO2和F127的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。通過將敏化劑PdOEP和受體分子DPA嵌入于F127的疏水結(jié)構(gòu)中，而后再在外層生長SiO2以保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。此TTA-UCL納米材料的粒徑～10nm，上轉(zhuǎn)換量子效率4.5

7、％。另外我們成功將TTA-UCL應(yīng)用至細(xì)胞成像和小鼠的去皮淋巴成像，具有較好的光穩(wěn)定性，且不受背景熒光和外來熒光物質(zhì)的干擾，具有較高的信噪比。這是第一個(gè)將TTA-UCL應(yīng)用到活體成像的例子。
　　6)一種通用的策略構(gòu)建TTA-UCL的上轉(zhuǎn)換納米膠囊
　　探索構(gòu)建了一種納米膠囊的結(jié)構(gòu)，外殼為BSA-dextran的共聚物，內(nèi)核為可注射用大豆油液滴，用于TTA-UCL的敏化劑和受體分子溶解于大豆油之中。隨著TTA-UCL發(fā)射波長

8、的紅移，受體分子共軛結(jié)構(gòu)增大和極性的增加，在形成水溶性TTA-UCL納米顆粒時(shí)受體分子聚集態(tài)淬滅變得愈發(fā)嚴(yán)重。而此方法能夠有效的避免聚集態(tài)誘導(dǎo)的光淬滅，另外大豆油中大量含有的亞油酸和油酸都具有一定的還原性，在氧氣存在的環(huán)境下，可以與敏化劑受到光照時(shí)產(chǎn)生的1O2反應(yīng)，有效的降低氧氣的含量，利于TTA-UCL過程的發(fā)生。BSA-dextran和大豆油是文獻(xiàn)報(bào)道的常用的載藥材料，具有良好的生物相容性。合成的TTA-UCL納米膠囊成功用于低功率

9、的小鼠淋巴成像（未去皮）。
　　7)如何有效解決共軛結(jié)構(gòu)較大的受體分子易被氧化的難題
　　為了實(shí)現(xiàn)深度的生物成像，TTA-UCL的發(fā)射波長紅移是必需的。探索在氧氣的存在下，如何有效解決共軛結(jié)構(gòu)較大的受體分子易被氧化的難題。受體分子如果被破壞后，TTA-UCL過程就會(huì)終止。通過引入還原性的物質(zhì)，例如大豆油或者抗壞血酸棕櫚酸酯，能夠有效的增強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)較大的受體分子在TTA-UCL過程中的光穩(wěn)定性。進(jìn)一步合成了水溶性的光穩(wěn)定的近紅