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上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles,UCNPs)主要由稀土离子掺杂的氧化物、氟化物和卤氧化物形成的纳米粒子,是一种毒性低、稳定性强和发光寿命长的新型荧光探针。在近红外的激发下,发射出紫外-可见区到近红外区波长的荧光。UCNPs的荧光具有寿命长、光谱可调、稳定性好、对生物组织损伤小、穿透组织能力深、背景荧光噪声小和成像灵敏度高等优点。因此,上转换纳米材料在肿瘤标志物检测、生物成像分析及诊疗一体化技术等方面发挥着重要的作用。本工作主要利用多色上转换纳米颗粒构建光动力诊疗体系并进行相关研究。代表性工作为线粒体靶向多色上转换光动力诊疗体系研究,光敏剂增强的协同多色上转换光动力诊疗体系,自产氧上转换光动力诊疗体系。该系列研究对上转换纳米诊疗体系的构建和应用具有一定的指导意义。(1)线粒体靶向多色上转换光动力诊疗体系研究本工作针对传统的上转换光动力诊疗体系存在的UCNPs向光敏剂能量转移效率较低、活性氧产量低和扩散距离短等问题,我们发展了一种“all in one”纳米探针,它以多色三明治结构的UCNPs为核心,修饰线粒体靶向基团的二氧化硅薄层为中间层,聚乙二醇-叶酸(PEG-FA)链作为外层。多色UCNPs可以作为两个光敏剂的能量供体,并同时实现荧光成像。本工作将控制UCNPs的发光层和二氧化硅层,缩短UCNPs和光敏剂间有效能量传递距离,以增强能量转移效率。基于表面叶酸介导的癌细胞识别和内吞作用,制备的上转换光动力诊疗探针靶向进入癌细胞后,从内涵体/溶酶体中释放,并靶向线粒体。在近红外光激发下原位产生活性氧,导致线粒体介导的细胞凋亡。实验结果表明,已建立的上转换光动力诊疗探针具有良好的肿瘤靶向性、有效的光动力治疗、可忽略的细胞毒性和明显的肿瘤抑制率。(2)光敏剂增强的协同多色上转换光动力诊疗体系由于稀土元素有限的4f-4f能级跃迁、对近红外光较弱的吸收能力以及低的发光稀土元素掺杂比例,因此使得UCNPs的量子产率和发光效率较低。近红外有机染料能够有效地捕获近红外光能量,通过多步能量转移过程敏化上转换纳米材料对光的吸收能力,提高其发光效率。因此,我们提出光敏剂增强的上转换光动力诊疗体系,将有机染料吲哚青绿和其它两种光敏剂同时负载于上转换纳米颗粒表面的硅层中。在近红外光如980 nm激光的激发下,上转换纳米材料发射四种互不干扰的荧光峰。其中,800 nm的荧光能够有效地激活吲哚箐绿,被激活的吲哚箐绿分子能够有效地敏化上转换纳米材料对于激光的吸收能力,提高其发光效率,进一步增加对其它两种光敏剂的激发能力,提高活性氧的产量。实验结果表明,构建的光敏剂增强上转换光动力诊疗体系能够有效地诱导肿瘤细胞凋亡,并抑制深层肿瘤组织的生长。(3)自产氧上转换荧光探针光动力诊疗研究光动力治疗是一种氧气依赖型诊疗技术,然而,肿瘤细胞处于乏氧环境,其较低的氧气含量将限制光动力治疗的效果。基于此,我们创新性地提出过氧化锌增强的上转换光动力诊疗体系。该探针以上转换纳米荧光材料为核心,在其表面修饰介孔二氧化硅层用于负载光敏剂亚甲基蓝,然后将过氧化锌修饰于介孔二氧化硅表面。过氧化锌能够在酸性条件下缓慢释放出氧气,将有利地改善肿瘤的乏氧条件,增强光动力治疗的效果。实验结果表明,过氧化锌能有效地增强光动力治疗效果,对肿瘤的细胞凋亡率提高。