隨著生物醫學的發展，腫瘤診斷與治療的多功能結合(簡稱診療)已成為新趨勢。為了實現精確診斷和高效治療，診療劑往往需兼具腫瘤靶向性、多模成像和治療等各種功能。上轉換納米材料在近紅外光照射下發出可見光，可應用于生物成像，又能夠激發其負載的光敏劑產生單線態氧進行光動力治療，因此在發展非侵入性診療劑上具有重要應用前景。然而，目前此類上轉換診療材料的光敏劑負載量低、易團聚猝滅，而且上轉換納米顆粒和光敏劑間的能量傳遞效率較低，這些問題已成為上轉換納米光敏劑在光動力學治療的應用瓶頸。
在國家自然科學基金杰出青年科學基金、科技部973計劃和重大科學儀器開發項目、中科院戰略性先導科技專項和創新國際團隊項目等支持下，福建物構所中科院光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組和結構化學國家重點實驗室黃明東研究小組合作，發展了一種具有中空核殼結構的多功能稀土納米熒光生物探針。該材料由稀土摻雜上轉換納米顆粒β-NaLuF4:Gd/Yb/Er內核和多孔有機二氧化硅殼層構成;苯基骨架的引入和中空核殼結構的設計有利于光敏劑的負載，減少光敏劑的團聚，同時縮短光敏劑與上轉換納米顆粒的距離。利用此材料負載一種光敏劑單羧基酞菁鋅，負載量達到7.7wt%，能量傳遞效率高達98%;在980nm激光照射下，該納米探針的可見光發射敏化光敏劑產生單線態氧，實現對人肺癌細胞的光動力學治療，其效果顯著優于普通核殼結構材料或純二氧化硅殼層材料。此外，該團隊通過概念性驗證實驗，表明該材料可用于計算機斷層掃描(CT)和上轉換熒光的雙模成像;進一步利用二氧化硅表面氨基連接尿激酶氨端片斷后，能特異性識別癌細胞。因此該材料有望成為一種集多模成像和腫瘤靶向治療于一體的新型多功能納米診療材料。上述工作于2015年6月26日正式發表在《德國應用化學》雜志(Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,7915-7919)，相關技術已申請了中國發明專利。
此前，該團隊在基于稀土納米熒光探針的腫瘤標志物檢測以及上轉換光動力學治療方面已取得一些重要研究進展。例如，發展了一種基于稀土納米探針的溶解增強熒光免疫分析(DELBA)新方法，并實現對人體血清腫瘤標志物癌胚抗原(CEA)的超靈敏檢測(Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,12498);研制了一種偶合稀土摻雜氟化釔鋰納米顆粒的新型上轉換納米光敏劑復合材料，并實現近紅外光激發的腫瘤光動力學治療(Nanoscale,2014,6,8274-8282)。
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