稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的生物醫(yī)學(xué)思考

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【摘要】與傳統(tǒng)熒光材料相比較，稀土上轉(zhuǎn)換材料充分利用近紅外激光器，幾乎沒有任何熒光背景，穿透性能更為優(yōu)良，對于生物組織損害程度較低，是現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)研究中的熱點材料。與此同時，稀土上轉(zhuǎn)換材料還擁有良好的光化學(xué)特性，使用壽命較長，并且對于生物兼容性良好等等優(yōu)勢，能夠推動檢測及治療技術(shù)的研發(fā)。本文主要對于稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在生物醫(yī)學(xué)上面的應(yīng)用進(jìn)行研究，探索稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在應(yīng)用上面所存在遌問題，進(jìn)而提出針對性意見。

【關(guān)鍵詞】稀土上轉(zhuǎn)換；生物監(jiān)測；生物成像；疾病治療；生物醫(yī)學(xué)

0前言生物醫(yī)學(xué)是生物學(xué)與醫(yī)學(xué)理論知識與技能相互影響之后形成的學(xué)科，主要是通過應(yīng)用生物學(xué)有關(guān)技術(shù)解決生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)方面所存在的問題。生物醫(yī)學(xué)能夠讓人們對于生命成長過程及活動規(guī)律更加了解，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)疾病發(fā)生與發(fā)展過程，這樣能夠為疾病治療提供新的方向。在生物醫(yī)學(xué)研究中，在對于生命現(xiàn)象研究中經(jīng)常使用化學(xué)探針，其中熒光材料是常見化學(xué)探針。但是傳統(tǒng)熒光材料具有一定缺陷，對于生命體具有一定損害。稀土上轉(zhuǎn)換材料是一種新型材料，對于生命體損害較小，并且還能夠多重標(biāo)記，使用壽命較長，是生物醫(yī)學(xué)研究中的理想性材料。

1生物監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

1.1基于稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的檢測

稀土上轉(zhuǎn)換材料光源是由近紅外光激光器發(fā)出，能夠降低檢測對于細(xì)胞或者是組織的敢要。在1999年科研人員第一次制備出上轉(zhuǎn)換熒光材料，并且在前列腺組織檢測中應(yīng)用功能，之后上轉(zhuǎn)換納米材料開始逐漸被廣泛應(yīng)用到生物檢測中。在2013年，陳學(xué)元課題小組提出了一種新型上轉(zhuǎn)換生物檢測方式，利用將Yb與Er結(jié)合在上轉(zhuǎn)換納米顆粒中，對于抗生物素蛋白與腫瘤進(jìn)行檢測。多功能酶標(biāo)儀能夠發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換納米顆粒所發(fā)射出來的信號，對于生物分子濃度進(jìn)行量化分析。本文在對于稀土上環(huán)環(huán)納米材料研究中，結(jié)合核酸適配體，通過潛在指紋檢測方式，利用水熱法合成，讓上轉(zhuǎn)換納米材料表面擁有一層油酸，油酸不僅僅能夠承擔(dān)起活性劑的功能，還能夠讓讓聚丙烯酸轉(zhuǎn)移到納米顆粒上面，進(jìn)而得到的上轉(zhuǎn)換納米顆粒不僅僅能夠溶解在水中，還能夠通過據(jù)活性分子與溶菌酶核算相匹配。核酸在對適配體高效結(jié)合中，能夠在近紅外光器下發(fā)出可見光源，所呈現(xiàn)出的指紋圖像能夠在微焦鏡頭下被記錄下來，這種潛指紋檢測方式不僅僅能夠?qū)τ诓煌酥讣y進(jìn)行檢測，還能夠?qū)Σ煌瑺顟B(tài)下人指紋檢測。潛指紋內(nèi)不僅僅具有自身所遺留下來的分泌物，還具有一定化學(xué)物質(zhì)，能夠高效應(yīng)用在刑事偵查上面[1]。

1.2基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移的檢測

上轉(zhuǎn)換納米材料的熒光共振能量轉(zhuǎn)移分析技術(shù)是被著名研究人員kuningas所提出的，并且能夠抗生蛋白鏈菌作為能量源頭，對于生物素進(jìn)行高效率的檢測，同時在UC-FRET上面廣泛應(yīng)用。貴金屬納米顆粒表面具有等離子體共振特點，并且消光系數(shù)較高，這些材料在應(yīng)用到上轉(zhuǎn)換納米材料中，能夠有效提高檢測過程中受到背景熒光的干擾，提高檢測精準(zhǔn)性，因此貴金屬納米顆粒經(jīng)常被稱之為能量受體，在生物檢測中廣泛應(yīng)用[2]。

2生物成像領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

2.1體內(nèi)深層組織的熒光成像

稀土上轉(zhuǎn)換納米材料所使用的光源在組織內(nèi)部擁有良好的穿透性，并且生命體不會受到熒光的損害，結(jié)果檢測是生命體自身所攜帶的熒光不會干擾結(jié)果，因此稀土上轉(zhuǎn)換納米材料可以說是生物醫(yī)學(xué)成像分析中的最佳材料。研究人員通過使用PEI覆蓋納米顆粒的方式，首次對于動物生命體進(jìn)行了生物成像檢測，檢測結(jié)果表示稀土上轉(zhuǎn)換材料與傳統(tǒng)量子點，在對于動物體內(nèi)深層次成像上面具有顯著優(yōu)勢。為了能夠提高稀土上轉(zhuǎn)換材料在生命體內(nèi)的穿透深度，提高成像精確度，需要對于稀土上轉(zhuǎn)換納米材料可見光波長調(diào)節(jié)到紅光去內(nèi)，這樣所發(fā)出出來的波長散射及吸收都較低，也不容易受到生命體自身所攜帶的熒光干擾，對于體內(nèi)深層組織熒光成像具有重要作用。多路復(fù)用成像是現(xiàn)在對于生物體成像上面應(yīng)用最為廣泛的一種方法，伴隨著稀土上轉(zhuǎn)換材料不斷深入性建設(shè)及開發(fā)，各種元素在稀土上轉(zhuǎn)換內(nèi)應(yīng)用也更加精準(zhǔn)，并且能夠呈現(xiàn)出多個發(fā)射峰[3]。

2.2雙模態(tài)成像

現(xiàn)在對于上轉(zhuǎn)換熒光成像與MRI結(jié)婚研究最為光熱點課題，就是構(gòu)建雙模態(tài)成像探針，并且將探針應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)。熒光成像能夠顯著提高生物成像的精準(zhǔn)度與靈敏度，并且對于生命體組織穿透深淺度能夠調(diào)節(jié)。于熒光成像相比較，MRI能夠有效提高對于生命體內(nèi)的分辨率，但是所擁有的靈敏度較低，因此需要解決熒光成像與核磁共振成像的優(yōu)點，所形成的雙模態(tài)探針不僅僅擁有較高的靈敏度，分辨率與穿透深度能夠顯著提高。近幾年，對于雙模態(tài)成像探針的稀土上轉(zhuǎn)換納米材料制備方面已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。最為常見的有兩種方式，第一種就是分子的功能化，也就是將配合物等造影劑因公到上轉(zhuǎn)換納米顆粒表面上，進(jìn)而形成雙模態(tài)成像復(fù)合探針；第二種就是磁性材料與上轉(zhuǎn)換納米材料的復(fù)合[4]。

3結(jié)論

本文對于稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用功能進(jìn)行了簡單分析，也就是生物檢測與生物成像上的應(yīng)用。稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在實際應(yīng)用中由于能夠有效降低生物體自身熒光對于檢測的干擾，能夠顯著提高檢測的靈敏性，并且還能夠?qū)⒏鞣N成像方式應(yīng)用功能在探針上面，在藥物輸送及治療上面擁有良好的前景。但是稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在生物醫(yī)學(xué)內(nèi)應(yīng)用還面對較多的挑戰(zhàn)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］單爽,吳昊,譚明乾,馬小軍.稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備與生物應(yīng)用[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,2013,10:925-934.

［2］張瑞銳,高源,唐波.稀土摻雜氟化物納米材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特征及其生物應(yīng)用[J].分析科學(xué)學(xué)報,2010,03:353-357.

［3］彭葉青,李志豪,劉子恩,袁荃.核-殼型稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[J].中國科學(xué):化學(xué),2015,11:1159-1177.

作者：李茗欣 單位：東北大學(xué)中荷生物醫(yī)學(xué)與信息工程學(xué)院