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1、上转换纳米颗粒在生物标记 成像及治疗中的应用UCNPsUpconversionnanoparticlesinbiologicallabeling,imaging,andtherapyAnalystVolume135
2、Number8
3、August2010
4、Pages1797–2160光电功能材料2011宋阳10300220116指导老师熊焕明“上转换”现象UCNPs“上转换”现象UCNPs上转换是指把两个或多个低能量泵浦光子转换为一个高能输出光子的非线性光学过程最早发现于上世纪六十年代中期（因量子产率极低且当时没有高能激发光源未引起注意；之后激光器的广泛使
5、用引起上转换研究的热潮）以其独特的光频“上转换”能力，在生物领域具有重要的应用价值UCNPs简介1上转换发光材料Vs传统发光材料UCNPs有机荧光染料量子点上转换纳米颗粒作为生物成像造影剂宽发射谱光漂白消光系数大高量子产率窄发射带宽发光易调控高光学稳定性毒性强闪烁发光NIR激发得到可见光对组织损伤小NIR组织穿透性强降低本底辐射干扰发射峰窄发光易调控光学稳定性好寿命长毒性低量子产率低内容概要UCNPsUCNPsUCNPs的性质22.1组成及晶体结构UCNPs上转换纳米颗粒：无机基质+稀土掺杂离子掺杂离子：发光中心+敏化剂基质：“Hold”住掺杂离子(卤化
6、物、氧化物、硫化物、硫氧化物)特定波长范围内有较好的透光性发光中心：敏化剂：（对激发光吸收能力较强，将能量传给发光中心）（均匀分立的能级+较长的亚稳态寿命）较低的声子能较高的光致损伤阈值（常用）2.1组成及晶体结构UCNPs上转换发光机理激发态吸收能量转移合作敏化合作发光双光子吸收光子雪崩2.2光学性质UCNPs4f层电子跃迁，受外电子层屏蔽光学稳定性好发射峰窄2.2光学性质UCNPs光色可调：掺杂物种、掺杂比例（浓度）、掺杂位置基质类型、混色方式2.2光学性质UCNPs（整体）无发光闪烁电子跃迁禁阻（磷光而非荧光）寿命长2.3表面化学UCNPs水/溶剂
7、热法制备UC纳米颗粒时通过配体控制晶体生长（尺寸、形貌）改变纳米颗粒的亲疏水油性（主要是亲油变亲水）使表面带有可以连接生物功能分子的官能团，如羟基、羧基填补表面缺陷；保护颗粒不受外界影响。提高发光效率2.3表面化学UCNPs配体加工表面聚合配体吸引双电层聚集具有修饰功能基团的亲水UC纳米颗粒的制备方法和相应表面分子其中，硅包覆法因方法成熟、生物相容性好、有大量可以用于连接生物功能分子的官能团而最常用2.4细胞毒性UCNPs在Yb/Er掺杂稀土氟化物颗粒纳米颗粒浓度为800ug/ml的环境下培养人类咽炎上皮癌KB细胞20小时后，测得细胞活性没有根本性的改变
8、目前细胞体外培养、动物活体实验均表明稀土掺杂的UCNPs有较好的生物相容性，但仍需进一步研究以确证Biomaterials,2010,31,3287–3295灵敏检测中的“发光信使”UCNPs33.1非均相检测UCNPsUC纳米颗粒非均相检测模型示意图（a）竞争检测（b）非竞争检测目标浓度与磷光强度呈负相关目标浓度与磷光强度呈正相关3.1非均相检测UCNPs该实验把发射绿光（550nm）和蓝光（475nm）的UCNPs分别接在苯环己哌啶抗体、安非他命抗体和脱氧麻黄碱抗体、吗啡抗体上，通过对检测带位置及其磷光强度的分析即可做到对药物分子的检测Anal.Bi
9、ochem.,2001,293,22–303.1非均相检测UCNPs该实验利用小于50nm的（。。。。）颗粒实现了对DNA分子的“三明治杂交”红外检测。通过与磁性纳米颗粒的分离手段结合，这种方法在没有PCR放大过程的情况下检测阈值拓至10nMChem.Commun.,2006,2557–25593.2均相检测UCNPs上转换均相检测通常基于供体和受体间的发光共振能量转移（LRET）过程进行。与非均相检测不同的是，均相检测利用的是“耦合连接”调控的信号，免除了将未耦合的标记物分离的过程被检测物起到耦合供体和受体的作用，使得共振能量传递得以实现LRET检测模
10、型示意图3.2均相检测UCNPs与传统量子点和有机染料相比，上转换磷光体作为LRET供体显示出巨大的优势，即近红外辐照只被UC颗粒吸收而不被受体吸收，从而避免了受体直接对激发光吸收发出的干扰信号由于稀土掺杂元素的发射峰极其窄和尖锐，在受体发射谱波长范围内没有探测到供体的发射光Anal.Chem.,2005,77,7348–73553.2均相检测UCNPs一旦“三明治化合物”杂交形成，供体的540nm和653nm的发射就会分别被AF546和AF700吸收。通过测量不同探针对应的不同发射波长（分别是573nm和723nm）的强度，两种不同的目标核苷酸序列就可
11、被同时检测Analyst,2009,134,1713–17163.2均相检测UC
