肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展

光动力治疗是一种新型的非侵入式肿瘤治疗方法,具有创伤性和毒性小、选择性好、无耐药性、可重复治疗等突出优点,在癌症的治疗上取得了显著的成效.为了增加光动力治疗的组织穿透深度,研究者提出构建基于上转换纳米颗粒（upconversion nanoparticles,UCNPs）的光动力诊疗探针（简称上转换光动力诊疗探针）.基于发光共振能量转移过程,上转换光动力诊疗探针利用UCNPs在近红外光激发下发射的荧光激活负载的光敏剂发挥光动力疗效,有助于实现深层肿瘤的治疗.新型的上转换光动力诊疗探针通过多功能一体化的结构组合设计可以实现靶向运输、成像诊断以及刺激响应的按需治疗,是未来纳米医药发展的必然趋势.目前,研究者越来越关注构建基于肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系,以提高治疗体系的靶向性,改善光动力治疗效果,并减小对周围正常组织的毒性.本工作主要讨论了基于pH、酶及过氧化氢刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展,并对其发展前景进行了展望.     

外光驱动的纳米材料和器件的研究进展

近红外光由于具有良好的生物组织穿透性且对组织几乎无损伤等优点, 在生物医学领域展现了光明的应用前景。进入生物体内的近红外光要发挥诊疗作用, 其前提是需要可吸收/转换近红外光的纳米材料或器件。本文综述了近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展, 主要包括稀土上转换发光纳米材料、980 nm激光驱动的发电机以及光热转换纳米材料, 重点介绍了它们的生物应用进展;最后指出了目前存在的问题和发展方向。     

近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展

近红外光由于具有良好的生物组织穿透性且对组织几乎无损伤等优点,在生物医学领域展现了光明的应用前景。进入生物体内的近红外光要发挥诊疗作用,其前提是需要可吸收/转换近红外光的纳米材料或器件。本文综述了近红外光驱动的纳米材料和器件的研究进展,主要包括稀土上转换发光纳米材料、980 nm激光驱动的发电机以及光热转换纳米材料,重点介绍了它们的生物应用进展;最后指出了目前存在的问题和发展方向。     

用于肿瘤综合治疗的无机纳米材料

无机纳米材料以其独特的纳米特性,在以肿瘤为代表的多种疾病的诊疗一体及综合治疗中具有越来越广泛的应用。本文重点关注该领域代表性的三类材料：超顺磁性氧化铁纳米粒、上转换纳米粒以及贵金属纳米粒,它们分别具有优异的磁学性能、光学性能及热性能,归纳总结了它们在体外检测、活体成像、药物输送以及靶向治疗等方面的应用及其优势与劣势,希望为发展生物相容性更好、诊疗效果更佳的无机纳米材料提供更好参考和建议,促进无机纳米材料的临床转化。     

多功能肿瘤诊疗一体化的金纳米材料的研究进展

由于良好的生物相容性以及在可见或近红外光区独特的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)性质,金纳米材料体系是目前纳米科学研究领域的一个耀眼的明星体系,该体系在生物医学领域有着广泛的应用.金纳米材料制备简单、形状和尺寸可控,其光学性质如表面增强拉曼散射效应和易于调节至生物体的"透明窗"——近红外区的SPR效应,适合用于诊断检测、成像以及肿瘤光热治疗等.金纳米结构还可以作为载体,载带基因/化疗药物和荧光分子,进行化疗、荧光成像及光动力治疗等.可见,金纳米结构能够同时实现肿瘤的诊断与治疗,为精准医疗的发展提供了新思路.本文重点介绍了几种金纳米结构材料在肿瘤诊疗一体化方面的研究进展.     

基于cypate光裂解的新型近红外光响应稀土上转换纳米载药系统※

光响应药物释放体系具有非侵入性、远程可控且时空分辨率高等特点, 在杀菌、抗癌等生物医学领域具有重要应用价值. 但目前近红外光响应的光裂解药物递送体系报道较少且光响应效率还有待提高. 本工作将稀土纳米颗粒包覆介孔二氧化硅, 逐步偶联近红外染料cypate、金刚烷胺和β-环糊精来封堵孔口, 利用cypate的自敏光氧化断键作为光响应开关, 成功构建了一种新型近红外光响应稀土上转换纳米载药系统. 该纳米载药系统负载抗生素氧氟沙星表现出极低的药物流失率和较高的808 nm光照释放效率, 并且通过控制光照时间可以满足不同的给药量需求. 体外抗菌实验结果进一步验证了该纳米载药系统的光响应药物释放性能. 此外, 该纳米载药系统在980 nm激光激发下的上转换发光较强且不影响药物释放, 可以实现纳米载药系统的药物定位和生物成像功能. 本研究为发展高效光响应载药体系提供了新的思路.     

上转换光动力诊疗体系的构建及抗癌研究进展

具有创伤小、毒性低、选择性好、无耐药性等优点的光动力疗法已被广泛应用于癌症治疗研究。然而，多数光敏剂存在水溶性差易聚集、肿瘤组织选择性差的问题，且其激发光都在可见或紫外光范围内，组织穿透深度较浅导致治疗深度不够，限制了光动力疗效。稀土上转换纳米粒子具有低生物毒性、高化学稳定性、强组织穿透力等优点，可作为将近红外光转换成紫外/可见光的发光材料和光敏剂载体，因此，构建上转换光动力诊疗体系为增强光动力疗效提供新思路。本文介绍了上转换光动力诊疗体系的构建方法，包括物理吸附法、物理包封法、共价偶联法，并分析了其应用于光动力抗癌研究的优缺点，最后总结并展望了其存在的挑战及未来发展方向。     

体内多肽自组装纳米材料在非肿瘤相关疾病诊疗中的研究进展

基于"活体自组装"策略发展的体内多肽自组装纳米探针和纳米药物,具有高的特异性和生物利用度,被广泛应用于肿瘤的诊断和治疗方面.基于体内多肽自组装纳米材料的独特优势,目前也已经被用于肿瘤诊断与治疗之外的其他生物医学领域,如对细菌感染的精准检测、组织修复和神经性退行疾病的治疗.本文主要对体内多肽自组装纳米材料在非肿瘤诊疗之外的其他重大疾病诊疗中的应用进行了综述.     

等离子体增强上转换发光及其应用

稀土上转换纳米材料（UCNPs）是一类在近红外光激发下发出可见光的纳米材料。与有机荧光染料、量子点等发光材料相比,UCNPs具有化学稳定性高、光稳定性强、荧光寿命长、反斯托克斯位移大、发光谱带窄和光穿透深度大等诸多优点,在生物成像、传感器、激光器、光动力疗法和太阳能电池等领域有潜在的应用价值。但是由于UCNPs激活离子的吸收截面太小,导致其发光效率偏低,限制了UCNPs的进一步应用。因而如何提高上转换发光强度成为当前的研究热点。针对上述问题,本文系统阐述了金属表面等离子体共振（SPR）增强上转换发光领域的研究进展。首先介绍了SPR增强上转换发光的三种机制,随后重点介绍了化学法和物理法这两种SPR-UCNPs体系的构建方法以及其在太阳能电池、生物成像、生物检测、光热治疗和光催化等领域的应用。文章最后指出了SPR增强上转换发光领域存在的不足和未来的研究方向。     

纳米材料在肿瘤光动力治疗中的研究进展

光动力治疗是新兴的非侵入性癌症治疗方法。纳米材料以其独特的结构以及光物理、光化学性质成为可用于光动力治疗的光敏剂。根据纳米材料的不同种类,分别对无机非金属纳米材料、无机金属纳米材料、有机小分子纳米材料以及有机聚合物纳米材料等的构建策略及其在光动力治疗肿瘤中的应用进行综述。展望了纳米材料在未来肿瘤光动力治疗中的挑战和发展方向。为新一代纳米光敏剂的构建提供创新思路,并扩展其在癌症治疗中的潜力。     

核酸适配体功能化的稀土上转换纳米材料在生物检测中的应用

稀土上转换纳米材料可以吸收近红外光并发射出可见光或紫外光,在生物传感领域得到了广泛研究。核酸适配体能高特异性和高亲和性地与靶标物结合,被广泛应用于生物传感、疾病诊断等领域。将稀土上转换纳米材料与核酸适配体结合构建的检测体系,可实现对目标物灵敏、高选择性的检测。本文介绍了近几年核酸适配体功能化的稀土上转换纳米材料在生物小分子、蛋白质、核酸、病原微生物、细胞等方面的应用,并展望了其在分析检测领域的发展前景。     

稀土掺杂正交发光纳米晶：从基础到前沿应用

镧系离子掺杂的上转换发光纳米材料具有独特的非线性反斯托克斯发光，在生命科学、光子传输、可编程控制和信息编码解码等领域有着广阔的应用。稀土掺杂的正交发光纳米晶是近年来在发光领域上的一大研究方向，是基于上转换发光机理，在合理的核壳结构设计中实现单一纳米粒子上的正交发光多功能性集成、拓宽光谱的可选择性范围和时空可调性，进而进一步推动其在相关领域应用的发展。本文综述了近10年来在合成稀土掺杂正交发光纳米晶的设计优化方面上所取得的进展，系统地探讨了基于核壳结构构建的稀土离子能量传递实现正交发光的调控过程，总结了其在信息安全防伪和生物成像与治疗前沿领域上的应用，并讨论了当前正交发光所面临的挑战以及未来的展望。     

基于能量转移的稀土上转换发光复合体系检测过氧亚硝酸根

采用热分解法制备得到核壳双层结构的稀土上转换发光纳米粒子(UCNP)。通过表面活性剂的软模板法制备了SiO₂包覆的蛋黄-壳(yolk-shell)结构稀土纳米粒子YSUCNP,介孔SiO₂包裹层赋予稀土纳米粒子YSUCNP亲水性。利用荧光探针NOF2功能化稀土纳米粒子YSUCNP,得到具有过氧亚硝酸根(ONOO-)响应能力的复合检测体系YSUCNP-NOF2。该体系能够在纯水体系中实现发光能量转移的ONOO-上转换发光检测。利用稀土上转换纳米材料的近红外激发优势,在细胞层次实现了ONOO-的上转换发光成像检测。     

稀土上转换纳米发光材料研究进展

上转换纳米发光材料(UCNPs)是一种能在长波长光激发下发出短波长光的发光材料.在较多的研究中UCNPs在980 nm红外光激发下,能发出不同颜色的可见光,可以显著提高信噪比,所以UCNPs在三维立体显示、上转换激光器、红外探测、防伪识别、生物检测等诸多领域都具有广阔的应用前景.从稀土上转换纳米发光材料的基质和稀土离子及其光学性能方面概述了近几年稀土上转换纳米发光材料的研究进展.     

上转换纳米材料：机制、合成和生物应用

上转换纳米粒子具有独特的反斯托克斯发光特性,可以将长波长的光转化为短波长的光。由于其出色的光物理特性,如较大的斯托克斯位移、较低的自发荧光背景、长时间稳定的发光、抗光漂白以及较高的生物穿透深度等,上转换纳米材料被广泛应用于生物成像、药物治疗、生物检测等领域。本文首先介绍了上转换纳米材料的发光机制和合成方法,然后总结了上转换纳米材料在生物成像、药物治疗、生物检测领域的最新应用,并介绍了课题组近年来在这些领域取得的进展。最后,展望了上转换纳米材料在生物医学领域的应用和发展趋势。     

基于长波长光激发的光敏剂和载体在肿瘤光动力治疗中的应用

光动力疗法是近年来兴起的一种新型的微创性治疗肿瘤的方法,目前已经成功地应用于临床上多种恶性肿瘤治疗中,并取得了良好的效果。然而,由于生物组织对可见光的吸收和散射,使得光线无法穿透组织到达身体内的目标区域,所以该疗法更适用于浅表肿瘤的治疗。长波长光尤其是近红外光具有良好的组织穿透深度,其在治疗组织深处的肿瘤方面具有显著的优势。基于长波长光激发的光敏剂及载体在实体肿瘤的治疗领域已经取得了丰硕的研究成果。本文将从光敏剂的研发、双光子激光的使用、上转换纳米粒子的引入等方面简要概述近十年来用于光动力治疗中的组装体系,以及长波长激发光在光动力治疗方面的发展趋势。     

稀土掺杂氟化物纳米材料的上转换发光特征及其生物应用

稀土掺杂氟化物纳米材料由于具有低的声子能,可以获得较高的上转换发光效率,使其在太阳能电池、生物医学、光电子学、信息等领域有着广泛而重要的应用前景。本文就当前稀土氟化物上转换纳米材料的改性、光性能研究,以及在生物检测,生物成像标记,免疫分析,疾病治疗方面的最新研究进展做一综述,并对上转换纳米颗粒在生物应用过程中存在的主要问题进行了讨论。     

纳米材料在生物成像引导的光动力治疗中的应用

随着纳米技术的发展,开发集生物成像诊断和精准治疗于一体的新型纳米诊疗平台已成为肿瘤治疗的研究热点。在众多的癌症新型治疗方法中,光动力治疗(PDT)具有高特异性、可控性、低毒副作用及不易产生耐药性等优势而备受关注。近年来,基于纳米材料的PDT克服了传统PDT低稳定性、低靶向性及光毒性等局限性,显示出了巨大的应用潜力。同时,可将生物成像功能与PDT功能整合到同一纳米平台上,实现肿瘤诊疗的一体化,有望为肿瘤精准诊疗的临床实践提供新思路。目前,已有多种成像模式被应用于基于纳米材料的PDT研究。本文总结了多功能纳米材料用于荧光成像、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)成像、超声(US)成像、光声(PA)成像、正电子发射断层扫描(PET)成像及单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像等生物成像引导的肿瘤PDT的最新研究进展,并对其面临的挑战进行了分析,对其发展前景进行了展望。     

快速合成Bi@ZIF-8复合纳米材料用于近红外二区光热治疗以及可控药物释放

随着纳米技术的发展及其向医学领域的渗透,纳米技术为肿瘤的治疗开辟了新的途径,构建有效的纳米载体体系对于肿瘤的治疗具有十分重要的意义.本工作报道了一种铋纳米粒子嵌入ZIF-8的纳米材料Bi@ZIF-8@TPZ（BZT）,联合近红外二区（NIR-II）的光热治疗与化疗,达到了良好的治疗效果.BZT纳米材料高效地装载了抗癌药物替拉扎明（TPZ）,同时嵌入的铋纳米点使得该纳米材料具有NIR-II光热的能力.因ZIF-8具有良好的pH响应能力,所以在酸性和光照条件下能实现药物的可控释放,实现了化疗与NIR-II光热治疗的协同治疗,使得BZT纳米材料在临床上具有很高的应用价值.     

微纳米稀土氯氧化物的合成研究进展

稀土氯氧化物作为一种重要的发光基质,具有较高的光吸收效率和传能效率,在彩色显示、催化、生物医药、光电转换、气敏等领域均有广泛的应用,已成为光功能材料领域的研究热点之一。目前研究者已用固相法、沉淀法、液相-高温焙烧法、水热与溶剂热法、前驱体热解法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等方法成功地制备了稀土氯氧化物微米颗粒,纳米颗粒、纳米条、纳米片、纳米棒、纳米针、纳米纤维、纳米带、纳米管等稀土氯氧化物微纳米材料。总结了各种制备方法的研究进展及优缺点,并结合本课题组在稀土氯氧化物纳米材料方面的研究工作,对稀土氯氧化物微纳米材料的制备方法的发展方向进行了展望。