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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(zhǎng)、量子產(chǎn)率高和發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)成具有良好水溶性、生物相容性以及探針識(shí)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(jì)與組裝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)與福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊黃浩團(tuán)隊(duì)合作，在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持下，提出通過(guò)氧化石墨烯修飾稀土納米晶的探針功能化新策略，實(shí)現(xiàn)了高靈敏的腫瘤靶向可見(jiàn)-近紅外二區(qū)發(fā)光成像。團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guò)簡(jiǎn)單的非共價(jià)鍵修飾進(jìn)一步與核酸、蛋白質(zhì)或納米顆粒偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)探針功能化。團(tuán)隊(duì)利用NCs@GO成功實(shí)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞內(nèi)納米探針實(shí)時(shí)定位追蹤和microRNA可視化成像，以及小鼠腫瘤靶向的無(wú)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(jì)提供了新思路，將推動(dòng)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(guó)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(chǎng)像；d）NCs@GO的TEM明場(chǎng)像；e-g）Er3+ 4F9/2能級(jí)的熒光衰減曲線，其發(fā)光壽命通過(guò)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(hào)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(duì)在稀土熒光生物探針和腫瘤診療納米藥物的設(shè)計(jì)、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(shí)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(shí)間分辨稀土納米熒光探針，首次實(shí)現(xiàn)全血中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高靈敏直接檢測(cè)（Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 12195）。
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