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稀土發(fā)光納米晶由于可以在近紅外光激發(fā)下產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)移發(fā)光，具有發(fā)光壽命長、量子產(chǎn)率高和發(fā)光波長可調(diào)等優(yōu)點，在體外診斷與醫(yī)學(xué)影像研究中受到廣泛關(guān)注。目前稀土納米晶的可控合成與發(fā)光調(diào)控已經(jīng)取得了較好的發(fā)展，但是高質(zhì)量的稀土納米晶通常在油相中合成，如何將油相分散的稀土納米晶設(shè)計成具有良好水溶性、生物相容性以及探針識別能力的納米探針仍然存在諸多挑戰(zhàn)。
中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝重點實驗室陳學(xué)元團(tuán)隊與福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊黃浩團(tuán)隊合作，在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中科院創(chuàng)新國際團(tuán)隊和國家自然科學(xué)基金等項目支持下，提出通過氧化石墨烯修飾稀土納米晶的探針功能化新策略，實現(xiàn)了高靈敏的腫瘤靶向可見-近紅外二區(qū)發(fā)光成像。團(tuán)隊通過優(yōu)化稀土納米晶的殼層結(jié)構(gòu)與氧化石墨烯的尺寸大小，獲得了單分散的、具有高效上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)移發(fā)光性能的氧化石墨烯包覆稀土納米晶二元納米結(jié)構(gòu)（NCs@GO，圖1）。利用氧化石墨烯的兩親性、高比表面積和豐富官能團(tuán)等理化性質(zhì)，NCs@GO不僅具有廣譜溶劑分散性和優(yōu)異的生物相容性，也可以通過簡單的非共價鍵修飾進(jìn)一步與核酸、蛋白質(zhì)或納米顆粒偶聯(lián)實現(xiàn)探針功能化。團(tuán)隊利用NCs@GO成功實現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞內(nèi)納米探針實時定位追蹤和microRNA可視化成像，以及小鼠腫瘤靶向的無背景高靈敏近紅外二區(qū)發(fā)光成像（圖2）。該工作為具有特殊表面性質(zhì)與生物功能的稀土發(fā)光納米探針的設(shè)計提供了新思路，將推動新型納米探針在腫瘤診療中的應(yīng)用。相關(guān)結(jié)果2019年10月11日以全文形式在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201909416），中科院福建物構(gòu)所博士后宋曉榮（現(xiàn)為福州大學(xué)副研究員）是該論文的第一作者。
圖1 a）NCs@GO合成示意圖；b）NaYF4:Yb,Er內(nèi)核與c）NaYF4:Yb,Er@NaYF4核殼結(jié)構(gòu)的TEM明場像；d）NCs@GO的TEM明場像；e-g）Er3+ 4F9/2能級的熒光衰減曲線，其發(fā)光壽命通過單指數(shù)擬合得到。
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圖2 a）小鼠經(jīng)尾靜脈注射NCs@GO-PEG后的NIR-II成像圖；b）腫瘤靶向NIR-II成像示意圖；c）小鼠心臟、肝臟、血管處的NIR-II信號強(qiáng)度變化圖；d）腫瘤區(qū)域的NIR-II成像信噪比變化圖；e）小鼠NIR-II熒光成像圖。
此前，陳學(xué)元團(tuán)隊在稀土熒光生物探針和腫瘤診療納米藥物的設(shè)計、合成及應(yīng)用中已取得系列重要進(jìn)展。例如，發(fā)展了高效LiLuF4:Yb,Tm等多層核殼結(jié)構(gòu)發(fā)光稀土納米晶，實現(xiàn)腫瘤靶向熒光成像（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15083；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498；2015, 54, 7915）；研制了時間分辨稀土納米熒光探針，首次實現(xiàn)全血中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高靈敏直接檢測（Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 12195）。
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