基于稀土发光纳米材料的时间分辨成像
发布时间：2021-01-18 06:42
时间分辨成像是一种在时域层面区分荧光信息的成像技术。该技术能有效地消除自体荧光和光散射的背景干扰,从而极大地提高成像信噪比和灵敏度;同时该成像技术不依赖于生物组织的厚度,适用于生物活体多通道定量检测。稀土发光纳米材料具有独特的光学性质,不仅在生物窗口内存在多个近红外窄带辐射,而且具备长荧光寿命（微秒-毫秒范围,长于生物内源性荧光团3个数量级以上）,适用于时间分辨生物成像。特别是稀土纳米晶可以通过调节纳米结构和组分实现其荧光寿命的人工精确调控,从而制备出系列寿命编码型探针应用于活体时间域分辨成像。本文主要阐述了稀土发光纳米材料荧光寿命的普适性调控策略,系统地综述了该材料在时间分辨成像中的最新研究进展,并展望了其未来发展趋势。
【文章来源】：发光学报. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
寿命编码防伪文件及储存的光学信息。3种不同的图像叠加成一个混合图片,其中Tm寿命探针(CYb∶CTm)20∶4 是麦考瑞大学的标志,20∶4代表悉尼歌剧院,20∶0.5代表悉尼海港大桥。(a)荧光成像显示的复合图片;(b)根据像素寿命成分进行时间分辨扫描显示的分离图片[29]。
此外,复旦大学的张凡课题组在利用稀土发光寿命进行多路复合成像方面也做出了重要贡献。在可见区的研究中,3种颜色(蓝绿红)的上转换纳米材料(NaGdF4∶Yb3+,Ln3+@NaYF4∶Yb3+@NaNdF4∶Yb3+@NaYF4,Ln=Tm,Er/Pr,Er)可分别通过多层核壳结构和控制能量传递调控出不同寿命的信号,具有很强的编码能力[19]。将不同寿命和颜色的上转换纳米材料封装在多孔聚苯乙烯微球中,并分别修饰上9种人乳头瘤病毒(HPV16,18,31,33,35,39,45,51,68)的DNA探针,在多寿命编码的复合成像中,根据寿命和颜色不同可分辨出这9种高风险的HPV。在近红外区的研究中,3种寿命(τ=0.553,1.73,7.21 ms)的稀土下转换纳米材料NaGdF4@NaGdF4∶Yb3+,Er3+@NaYF4∶Yb3+ @NaNdF4∶Yb3+ 分别偶联3种乳腺癌标记物的抗体,用于不同肿瘤分型的鉴定和分析[20]。将抗体标记的寿命编码探针经尾静脉注入肿瘤小鼠体内,采集多个近红外二区1 525 nm的荧光寿命信号进行编码复合成像。该荧光寿命的复合成像结果显示雌激素受体(ER)、黄体酮受体(PR)和人表皮生长因子受体2(HER2)3种标记物在MCF-7肿瘤中的表达分别为62.3%、17.9%和19.8%,而在BT-474肿瘤中的表达为25.4%、28%和46.6%,因此可以判断出在不同的肿瘤细胞中3种肿瘤标记存在表达差异。可见,高通量的复合编码成像能够在活体中鉴别和检测多种分子样品,有可能成为核酸分析、蛋白鉴定和临床诊断的一种新型重要工具。5 结论与展望
常见的惰性壳层有NaYF4、CaF2和NaLuF4,其主要作用是保护内核掺杂的敏化剂和激活剂,避免其表面缺陷、杂质和溶剂等引起发光猝灭现象。因此,惰性外壳包覆的稀土纳米材料的荧光强度和寿命相对于单核纳米材料均能够显著增加。如图1所示,核壳结构纳米晶NaYF4∶10%Yb3+,30%Nd3+@CaF2在808 nm近红外光的激发下,1 000 nm处的荧光寿命比单核纳米晶NaYF4∶10%Yb3+,30%Nd3+增强了16倍[26]。此外,研究表明惰性壳层的包覆厚度也会影响稀土发光纳米材料的荧光寿命。以稀土纳米材料NaYF4∶Yb3+,Er3+包覆惰性壳层NaLuF4为例,在980 nm近红外光激发下,随着外层NaLuF4的厚度增加,该稀土材料在540 nm、654 nm和1 525 nm处的荧光寿命信号均得到与壳层厚度依赖性地增强[30]。可见,精确调控稀土纳米材料的壳层厚度可以有效调节荧光寿命。2.2 离子掺杂浓度
本文编号：2984482
【文章来源】：发光学报. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
寿命编码防伪文件及储存的光学信息。3种不同的图像叠加成一个混合图片,其中Tm寿命探针(CYb∶CTm)20∶4 是麦考瑞大学的标志,20∶4代表悉尼歌剧院,20∶0.5代表悉尼海港大桥。(a)荧光成像显示的复合图片;(b)根据像素寿命成分进行时间分辨扫描显示的分离图片[29]。
此外,复旦大学的张凡课题组在利用稀土发光寿命进行多路复合成像方面也做出了重要贡献。在可见区的研究中,3种颜色(蓝绿红)的上转换纳米材料(NaGdF4∶Yb3+,Ln3+@NaYF4∶Yb3+@NaNdF4∶Yb3+@NaYF4,Ln=Tm,Er/Pr,Er)可分别通过多层核壳结构和控制能量传递调控出不同寿命的信号,具有很强的编码能力[19]。将不同寿命和颜色的上转换纳米材料封装在多孔聚苯乙烯微球中,并分别修饰上9种人乳头瘤病毒(HPV16,18,31,33,35,39,45,51,68)的DNA探针,在多寿命编码的复合成像中,根据寿命和颜色不同可分辨出这9种高风险的HPV。在近红外区的研究中,3种寿命(τ=0.553,1.73,7.21 ms)的稀土下转换纳米材料NaGdF4@NaGdF4∶Yb3+,Er3+@NaYF4∶Yb3+ @NaNdF4∶Yb3+ 分别偶联3种乳腺癌标记物的抗体,用于不同肿瘤分型的鉴定和分析[20]。将抗体标记的寿命编码探针经尾静脉注入肿瘤小鼠体内,采集多个近红外二区1 525 nm的荧光寿命信号进行编码复合成像。该荧光寿命的复合成像结果显示雌激素受体(ER)、黄体酮受体(PR)和人表皮生长因子受体2(HER2)3种标记物在MCF-7肿瘤中的表达分别为62.3%、17.9%和19.8%,而在BT-474肿瘤中的表达为25.4%、28%和46.6%,因此可以判断出在不同的肿瘤细胞中3种肿瘤标记存在表达差异。可见,高通量的复合编码成像能够在活体中鉴别和检测多种分子样品,有可能成为核酸分析、蛋白鉴定和临床诊断的一种新型重要工具。5 结论与展望
常见的惰性壳层有NaYF4、CaF2和NaLuF4,其主要作用是保护内核掺杂的敏化剂和激活剂,避免其表面缺陷、杂质和溶剂等引起发光猝灭现象。因此,惰性外壳包覆的稀土纳米材料的荧光强度和寿命相对于单核纳米材料均能够显著增加。如图1所示,核壳结构纳米晶NaYF4∶10%Yb3+,30%Nd3+@CaF2在808 nm近红外光的激发下,1 000 nm处的荧光寿命比单核纳米晶NaYF4∶10%Yb3+,30%Nd3+增强了16倍[26]。此外,研究表明惰性壳层的包覆厚度也会影响稀土发光纳米材料的荧光寿命。以稀土纳米材料NaYF4∶Yb3+,Er3+包覆惰性壳层NaLuF4为例,在980 nm近红外光激发下,随着外层NaLuF4的厚度增加,该稀土材料在540 nm、654 nm和1 525 nm处的荧光寿命信号均得到与壳层厚度依赖性地增强[30]。可见,精确调控稀土纳米材料的壳层厚度可以有效调节荧光寿命。2.2 离子掺杂浓度
本文编号：2984482
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