水溶性稀土上转换纳米材料用于小动物活体成像的研究

发布时间：2020-10-22 16:28

　　 根据已有的研究,我们认为发展新型生物相容性的稀土上转换发光纳米材料,使其可在活体内随血液到达全身,以实现靶向肿瘤的上转换发光成像,并用于上转换发光成像指导手术治疗。已经成为生物成像领域亟待解决的问题。目前用于肿瘤靶向成像的材料,制备都很复杂,操作繁琐,并且成像效果不理想。针对这一科学问题,我们发展了新的生物相容性的稀土上转换发光纳米材料,研究工作主要包括以下几个部分： (1)通过SPECT成像研究聚合物包覆的放射性稀土纳米材料的生物分布和代谢。我们利用不同聚合物(PEI, PAA,PVP和PEG)作为协同配体,直接合成放射性(153Sm)标记且小于10nm的稀土上转换发光纳米材料NaYF4:Yb,Er,通过SPECT成像观察不同聚合物包覆的稀土纳米材料在体内分布的差异。通过血液γ-counter定量分析,我们发现PEG包覆的UCNPs (153Sm)相比其他聚合物包覆的稀土纳米材料,具有更长的血液滞留时间,并且我们发现PEG-UCNPs(153Sm)稀土纳米材料可以分布在活体的肾脏并代谢到尿液中。 (2)生物相容性碱式碳酸盐包覆稀土氟化物核壳结构的纳米材料用于生物成像。我们设计发展了一种稀土碱式碳酸盐包覆稀土氟化物的核壳结构纳米材料,以NaYF4:20%Yb,1%Tm材料为内核,表面以钆的碱式碳酸盐Gd(OH)CO3为壳层,并在粒子表面包覆PEG作为表面配体,获得PEG-UCNPs@Gd(OH)CO3核壳结构的纳米粒子,我们发现这种稀土纳米材料在生理环境中具有较高的稳定性,通过尾静脉注射实现了小鼠全身的血管上转换发光成像,并且材料能够逐渐分布在全身的肌肉和骨骼中。 (3)透明质酸稀土纳米材料用于肿瘤周围淋巴上转换发光成像。我们设计制备透明质酸包覆NaYF4:20%Yb,1%Tm@NaLuF4@Gd(OH)CO3核壳结构纳米粒子,我们发现这种材料可以有效的靶向正常小鼠的淋巴组织或荷瘤小鼠肿瘤周围的淋巴组织(淋巴管和淋巴结),并且能够长时间、高分辨率的进行上转换发光成像,使我们实现了通过上转换发光指导淋巴组织的清除。
【学位单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：O614.33;R318.08
【部分图文】：

La3+和Lu3+的4f亚层为全空和全满外，其余稀土元素的4f电子可在7个4f轨道间任意分布，从而产屯丰富的电子能级，具体的能级分布，如图1-2,可吸收和发射从紫外光、见光到近红外区各种波长的电磁福射；其次，稀土元素由于4f电子处丁?内层轨道，受外层S和P轨道的有效群蔽，很难受到外部环境的干扰，4f■能级差极小，f-f呈现尖锐的线状光谱，发光色纯度高；最后，由于4f电子能级之间的自发跃迁概率较小，造成稀土元素的电子能级激发态平均寿命较长等特点。这种独特的结构决定了它具有特殊的发光特性

般稀土纳米粒子是单晶材料，其稳定的晶格环境为发光中心离子提的保护，因此稀土纳米粒子（单粒子）的上转换发光具有很高的光稳1-5，表1-1)，同时，稀土纳米材料晶体的基质、晶相、晶化程度、晶表面包覆的壳层等会明显影响稀土上转换发光的强度、量子效率和寿格1-1可分析出，稀土纳米粒子的上转换发光强度，量子效率和寿命径的减小而明显降低5，但可通过在纳米材料的表面包覆壳层，有效发光强度和量子效率3，4;而对于重稀土的基质材料如NaYF4，其六）晶相时的发光强度要大于立方相（a相）晶相。土上转换发光的能量传导特性管稀土上转换发光方式独特并且发光稳定，但是由于稀土上转换发光由发子Er3+，Ho3+和的谱带决定的了其发光比较单一，这会限制稀发光的应用。而最新研究发现，稀土上转换发光可通过能量传导的方的离子或分子，从而获得新的发射方式的发光，这促使上转换发光具有应用领域。NaGdF,;Yt>Tm 画 NaGdF,;X “”啣__

课题组发现在掺杂Mn2+离子的上转换发光材料中，Mn2+离子的4T|能级可以作为过渡态能级，调节上转换发光而获得一个单能带的发射（图1-7)。如在Er3+绿光发射市2Hu/2 — 41丨5/2 (525 nm), "*83/2 一> 4Ii5/2 (545 nm),会非站射跃迁到到Mn2+离子的能级4Ti能级，随后能量又会从返回到Er3+的4F9/2能级，最终以只以红光发射4F9/2 — 4Ii5/2 (660 11m)。由于吸收的大部分能量经过Mn2+离子的4Ti能级过渡到4F9/2能级上发射出来，因此Er的红光发射强度明显增加。同样的，在Ho或Tm发射的材料中掺杂Mn2+离子都会以单发射带发光。稀土粒子间能量激发上转换发光：Mahalingam课题组9 i人为能够观测到小于5 nm的BaLuFs粒子间能量转移的现象主要因为是纳米粒子尺寸效应，随着纳米粒子的尺寸减小d=4?5 nm，粒子表面积与体积的比会增加，从而增加了粒子表面光学激子（Tm3+和Yb3+)的含量（图1-8)。其次，粒子表面油酸配体间的距离约为4.5 nm
【共引文献】

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本文编号：2851833