稀土上转换纳米材料的生物医学思考

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【摘要】与传统荧光材料相比较，稀土上转换材料充分利用近红外激光器，几乎没有任何荧光背景，穿透性能更为优良，对于生物组织损害程度较低，是现在生物医学研究中的热点材料。与此同时，稀土上转换材料还拥有良好的光化学特性，使用寿命较长，并且对于生物兼容性良好等等优势，能够推动检测及治疗技术的研发。本文主要对于稀土上转换纳米材料在生物医学上面的应用进行研究，探索稀土上转换纳米材料在应用上面所存在遌问题，进而提出针对性意见。

【关键词】稀土上转换；生物监测；生物成像；疾病治疗；生物医学

0前言生物医学是生物学与医学理论知识与技能相互影响之后形成的学科，主要是通过应用生物学有关技术解决生命科学及医学方面所存在的问题。生物医学能够让人们对于生命成长过程及活动规律更加了解，进而发现疾病发生与发展过程，这样能够为疾病治疗提供新的方向。在生物医学研究中，在对于生命现象研究中经常使用化学探针，其中荧光材料是常见化学探针。但是传统荧光材料具有一定缺陷，对于生命体具有一定损害。稀土上转换材料是一种新型材料，对于生命体损害较小，并且还能够多重标记，使用寿命较长，是生物医学研究中的理想性材料。

1生物监测领域内的应用

1.1基于稀土上转换纳米材料的检测

稀土上转换材料光源是由近红外光激光器发出，能够降低检测对于细胞或者是组织的敢要。在1999年科研人员第一次制备出上转换荧光材料，并且在前列腺组织检测中应用功能，之后上转换纳米材料开始逐渐被广泛应用到生物检测中。在2013年，陈学元课题小组提出了一种新型上转换生物检测方式，利用将Yb与Er结合在上转换纳米颗粒中，对于抗生物素蛋白与肿瘤进行检测。多功能酶标仪能够发现上转换纳米颗粒所发射出来的信号，对于生物分子浓度进行量化分析。本文在对于稀土上环环纳米材料研究中，结合核酸适配体，通过潜在指纹检测方式，利用水热法合成，让上转换纳米材料表面拥有一层油酸，油酸不仅仅能够承担起活性剂的功能，还能够让让聚丙烯酸转移到纳米颗粒上面，进而得到的上转换纳米颗粒不仅仅能够溶解在水中，还能够通过据活性分子与溶菌酶核算相匹配。核酸在对适配体高效结合中，能够在近红外光器下发出可见光源，所呈现出的指纹图像能够在微焦镜头下被记录下来，这种潜指纹检测方式不仅仅能够对于不同人指纹进行检测，还能够对不同状态下人指纹检测。潜指纹内不仅仅具有自身所遗留下来的分泌物，还具有一定化学物质，能够高效应用在刑事侦查上面[1]。

1.2基于荧光共振能量转移的检测

上转换纳米材料的荧光共振能量转移分析技术是被著名研究人员kuningas所提出的，并且能够抗生蛋白链菌作为能量源头，对于生物素进行高效率的检测，同时在UC-FRET上面广泛应用。贵金属纳米颗粒表面具有等离子体共振特点，并且消光系数较高，这些材料在应用到上转换纳米材料中，能够有效提高检测过程中受到背景荧光的干扰，提高检测精准性，因此贵金属纳米颗粒经常被称之为能量受体，在生物检测中广泛应用[2]。

2生物成像领域内的应用

2.1体内深层组织的荧光成像

稀土上转换纳米材料所使用的光源在组织内部拥有良好的穿透性，并且生命体不会受到荧光的损害，结果检测是生命体自身所携带的荧光不会干扰结果，因此稀土上转换纳米材料可以说是生物医学成像分析中的最佳材料。研究人员通过使用PEI覆盖纳米颗粒的方式，首次对于动物生命体进行了生物成像检测，检测结果表示稀土上转换材料与传统量子点，在对于动物体内深层次成像上面具有显著优势。为了能够提高稀土上转换材料在生命体内的穿透深度，提高成像精确度，需要对于稀土上转换纳米材料可见光波长调节到红光去内，这样所发出出来的波长散射及吸收都较低，也不容易受到生命体自身所携带的荧光干扰，对于体内深层组织荧光成像具有重要作用。多路复用成像是现在对于生物体成像上面应用最为广泛的一种方法，伴随着稀土上转换材料不断深入性建设及开发，各种元素在稀土上转换内应用也更加精准，并且能够呈现出多个发射峰[3]。

2.2双模态成像

现在对于上转换荧光成像与MRI结婚研究最为光热点课题，就是构建双模态成像探针，并且将探针应用到生物医学领域内。荧光成像能够显著提高生物成像的精准度与灵敏度，并且对于生命体组织穿透深浅度能够调节。于荧光成像相比较，MRI能够有效提高对于生命体内的分辨率，但是所拥有的灵敏度较低，因此需要解决荧光成像与核磁共振成像的优点，所形成的双模态探针不仅仅拥有较高的灵敏度，分辨率与穿透深度能够显著提高。近几年，对于双模态成像探针的稀土上转换纳米材料制备方面已经进行了一些研究。最为常见的有两种方式，第一种就是分子的功能化，也就是将配合物等造影剂因公到上转换纳米颗粒表面上，进而形成双模态成像复合探针；第二种就是磁性材料与上转换纳米材料的复合[4]。

3结论

本文对于稀土上转换纳米材料在生物医学领域上的应用功能进行了简单分析，也就是生物检测与生物成像上的应用。稀土上转换纳米材料在实际应用中由于能够有效降低生物体自身荧光对于检测的干扰，能够显著提高检测的灵敏性，并且还能够将各种成像方式应用功能在探针上面，在药物输送及治疗上面拥有良好的前景。但是稀土上转换纳米材料在生物医学内应用还面对较多的挑战。

【参考文献】

［1］单爽,吴昊,谭明乾,马小军.稀土上转换荧光纳米材料的制备与生物应用[J].生物化学与生物物理进展,2013,10:925-934.

［2］张瑞锐,高源,唐波.稀土掺杂氟化物纳米材料的上转换发光特征及其生物应用[J].分析科学学报,2010,03:353-357.

［3］彭叶青,李志豪,刘子恩,袁荃.核-壳型稀土上转换纳米材料的生物医学应用[J].中国科学:化学,2015,11:1159-1177.

作者：李茗欣 单位：东北大学中荷生物医学与信息工程学院