基于上转换纳米颗粒的光动力疗法研究新进展

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...     

近红外光诱导硫醇-环氧逐步光聚合研究

基于上转换材料辅助近红外光聚合技术,开展了近红外（NIR）光诱导硫醇-环氧逐步光聚合的研究。通过红外热成像仪监测了聚合体系的温度变化,利用实时红外测定近红外光辐照下巯基和环氧基的反应速率,采用凝胶渗透色谱表征了所得聚合物的分子量。结果表明,在近红外光辐照下上转换粒子发出紫外-可见光,引发光产碱剂光解产生碱性物质,在近红外光的光-热协同效应下,催化硫醇-环氧体系发生逐步聚合。     

近红外上转换纳米转换器在光遗传学调控中的应用

光遗传学作为一种新兴的生物技术,能够在时间和空间上精准调控生理功能。尤其是在基于视紫红质离子通道蛋白来操控神经兴奋性及钙信号通路激活等方面,近年来该技术吸引了广泛的关注。然而,目前该技术所使用的光遗传学工具只能被可见光激发,难以穿透深层组织并实现无创地光学调控。为了解决这个问题,最近一些研究通过使用稀土掺杂上转换纳米粒子作为光转换器,将组织可穿透的近红外光转化为可见光发射,从而使复杂活体条件下的光遗传学调控成为可能。我们对近年来上转换纳米粒子介导的光遗传学技术的开发和应用进展做了详细的总结。另外,关于未来如何进一步推进该技术可用于临床研究提出了建议和展望。     

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。     

中科院广州地化所合成新型消毒光电极材料

<正>近期,中科院广州地化所研究人员合成了可直接利用太阳光进行杀菌消毒的新型光电极材料。相关研究成果发表在《今日催化》。半导体光催化技术由于具有低成本、环境友好以及高效无毒等特点,被认为是水净化处理中最有潜力的技术之一。然而,目前应用最广泛的光催化剂二氧化钛仅可利用占太阳光能量约5%的紫外光激发才具有光催化活性。因此如何提高其对可见光的吸收及光量子效率并直接利用太阳光或日光灯进行水杀菌消毒成为热点研究。在广州地化所研究员安太成和副研究员李桂英指导下,该所博士生聂信采用简单的水热-煅烧方     

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.     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一。在目前已经报道的各种非均相光催化剂中, TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为：如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围。尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少。为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略。首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性。然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素。于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述。从而可以初步得出如下结论：表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面：表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等。显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率。而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率。负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升。增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性。对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化。最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率。另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究。同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术。总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路。     

NaYbF_4:Tm上转换荧光纳米颗粒用于HeLa细胞的免疫标记与成像

上转换荧光纳米材料是一种能在长波长光(通常为红外光)激发下发射出短波长光(通常为可见光)的材料.采用红外光激发不仅能避免自体荧光的干扰,还能有效克服有机类发光标记物稳定性差以及量子点潜在毒性的缺点.此外,红外光对生物组织具有良好的穿透能力.因此,利用上转换荧光纳米材料作为荧光免疫标记物在生物学和生命科学等领域都有着广阔的应用前景[1].     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性（英文）

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一.在目前已经报道的各种非均相光催化剂中,TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为:如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围.尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少.为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略.首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性.然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素.于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述.从而可以初步得出如下结论:表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面:表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等.显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率.而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率.负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升.增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性.对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化.最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率.另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究.同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术.总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路.     

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。     

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。     

取代嘧啶化合物的合成和生物活性研究

合成了14个新型取代嘧啶类化合物,结构经质谱、红外光谱、氢核磁共振光谱和元素分析确证.杀虫、杀菌和除草活性测定结果表明,部分化合物具有良好的杀菌活性.在嘧啶环的2-位上导入二甲氨基时表现出杀菌活性,但在嘧啶环的5-位上有甲基取代基时,杀菌活性下降.在嘧啶的4-位导入苯氧基时,显示出良好的杀菌活性,如化合物3b,3c和3e,苯环上的最优取代基是2-硝基-4-三氟甲基.     

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。     

光响应智能生物粘附材料的设计与应用

智能生物粘附材料是一类通过生物粘附作用粘附于组织表面,且对外界刺激具有特定响应的新型粘合剂.因其止血快、生物相容性好、生物粘附性强且具有智能响应效果而在外科临床应用领域受到了极大的关注.其中,光响应生物粘附材料因具有无接触、时空调节、严格剪裁和远程控制等独特优势,被广泛用于伤口止血及组织修复等领域.除了广泛应用的紫外光,可见光和近红外光因其优异的组织穿透深度、高稳定性和低能量特性而在这类光响应生物粘附材料中受到广泛关注.本文总结了智能响应粘附材料的响应类型,重点介绍了近年来光响应生物粘附材料的研究进展,包括分类、性能及其在生物医学领域的具体应用等.     

利用稀土功能材料调控细胞行为的新进展

稀土掺杂的上转换纳米材料(UCNPs)因其优异的光学性质而备受关注。在组织穿透能力强的近红外(NIR)光激发下,上转换纳米材料能够发射高能量的可见光。长久以来,其应用均集中在检测、成像及光动力学治疗方面。近年来利用上转换纳米材料对于细胞行为进行调控的研究得到了越来越广泛的关注。采用上转换纳米材料调控细胞的行为可以克服传统可见光调控难以治疗深层组织的缺点。主要从上转换纳米材料调控细胞黏附、分化及活性三方面介绍其在调控细胞行为领域的最新研究进展。     

四氧化三锡基光催化纳米材料的研究进展

半导体光催化技术实现了太阳能向化学能的转化, 旨在解决日益严重的能源和环境问题, 达到可持续的能源利用. 由于大的比表面积和更多的表面缺陷, 纳米尺寸的催化剂表现出比块状材料更大的潜力. 目前, 四氧化三锡纳米材料因其生态友好和含量丰富而受到关注, 同时其具有合适的带隙(2.5~2.8 eV), 是一种极具潜力的新型可见光光催化剂. 本文综述了四氧化三锡基光催化纳米材料的最新研究进展, 从材料改性和应用两方面进行了阐述, 并展望了其未来发展方向, 为开发新型高效的四氧化三锡基纳米材料提供了指导.     

一种阿霉素/NO供体光敏纳米复合物的合成与性质研究

以硫化铜纳米晶(CuS-NCs)为核心,聚N-异丙基丙烯酰胺接枝壳聚糖(PNIPAM-g-CS)微粒为壳合成一种新型光敏纳米复合材料.在温度的调节下,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)包覆CuS纳米晶,并接枝壳聚糖(CS),合成CuS杂PNIPAM-g-CS纳米复合材料.CuS在近红外光(980 nm)照射下具有光热效应,导致纳米复合物中PNIPAM-g-CS微粒受热体积收缩.负载阿霉素,这种纳米复合物就可作为光热诱导释放阿霉素的多功能纳米载体.再负载NO光敏供体(RBS),就可制备出阿霉素/RBS双负载的CuS杂PNIPAM-g-CS纳米载体.在可见光(365 nm)照射下,RBS光解释放NO.近红外光和可见光分别触发纳米载体释放阿霉素和NO,加上CuS纳米晶的光热效应,这种纳米载体可实现光触发双药物释放协同光热化疗杀伤肿瘤细胞.     

利用局域光效应增强全光谱光催化的ZnO/PVDF反蛋白石结构薄膜

随着环境污染与能源危机的问题日益严重,利用清洁能源太阳能的光催化技术得到了研究者的广泛关注.然而,半导体光催化剂的带隙严重限制了其利用整个太阳光谱的能力.尽管通过能带工程、上转换等技术,已经有部分可见光可以被利用,但其本身的效率却并不高.太阳光谱中的近红外光有着显著的光热效应,可提高光催化反应的温度,促进光生载流子的分离,进而提升光催化的效果.光子晶体是一种周期性结构,通过调节其折射率以及孔径大小,可以对不同波段的光实现增强吸收或反射的效果.人们已制备了二氧化钛的反蛋白石结构用于光催化降解污染物,其光催化效率明显提高.但是,通过利用反蛋白石结构光子晶体增强近红外光的吸收,进而实现全光谱利用的光热协同催化目前还未有报道.本文以二氧化硅单分散微球为模板,制备了以苯胺黑-聚偏氟乙烯为基底、氧化锌为光催化剂的反蛋白石结构光子晶体薄膜,采用扫描电镜、XRD和XPS等技术表征了薄膜的结构,并通过透射光谱与镜面反射光谱验证了苯胺黑的加入可增强全光谱的利用率.结果发现,当苯胺黑掺量为0.5%时,微反应器中的薄膜温度在60 min内上升了13.6℃,而空气中的薄膜温度在2 min内升了24.5℃,表明苯胺黑在近红外光生热中起着重要作用.对比普通薄膜,Z0.5A-369在微反应器与空气中的温度分别提升了14.7和26.8℃,证实了光子晶体对于光谱吸收的增强效应.就光催化性能来看,Z0.5A-369比普通薄膜的效率提高了1.63倍,而微反应器也比普通反应器提升了5.85倍.可见,薄膜和反应器的设计实现了协同催化.光热协同光催化发现,利用近红外光的光热效应来提高光催化反应过程中的温度可有效促进光催化反应,是一种高效利用太阳光谱的方法.光子晶体因其多孔结构、高比表面积、限光效应和慢光效应而增强了对光的吸收,进一步提高了光催化效率.另外,微反应器通过其局域的热效应和缩短的传质路径有效地增加了反应速率.     

新型光引发剂体系及其应用

紫外光固化技术具有环保、节能、可控等优点而广泛地应用于涂料、油墨、微电子和生物材料的领域,在紫外光固化技术光引发剂体系中起着十分关键的作用,新型高性能光引发剂的研制与开发广受科研工作者的重视,同时光引发剂因其独特的优点而不断的应用到一些新兴的科学领域中。本文介绍了作者课题组近5年来在新型高分子光引发剂方面的研究工作,这些工作主要围绕新型高分子硫杂蒽酮光引发剂、高分子二苯甲酮光引发剂和两亲性高分子光引发剂等三个方面展开,同时还介绍了这些新型的高分子光引发剂体系在微纳米粒子和聚合物刷等方面的应用。     

有机光电材料在光声成像领域的应用

光声成像技术是采用"光激发声探测图像重建"的方法进行成像的一种新型分子影像技术。作为一种非侵害性的成像技术,光声成像既具备了声学成像技术穿透深度高的特点,也具备了光学成像技术高分辨率和高对比度的特性,克服了传统光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的缺陷。然而目前光声成像技术仍缺乏合适造影剂,严重制约了其应用与拓展,因此设计开发高效的光声造影剂是光声成像技术发挥其巨大潜能的关键。本文综述了五类有机光声造影剂(苝酰亚胺类、花菁类、BODIPY类、卟啉类和聚合物类)的研究进展,着重分析其结构与光学性质相关的构效关系,为有机光声造影剂的设计和开发提供指导,最后对有机光声造影剂存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。