NaYF4荧光上转换纳米材料的生物效应和安全性研究

以NaYF4：Yb, Er/Tm为代表的荧光上转换纳米材料，由于其优良的发光性能，较高的化学稳定性、低的毒性，使这种材料在细胞成像，活体成像和光动力治疗等生物医学领域有着广泛的应用，是当前国际上颇受关注的一种新型纳米生物材料。但是，目前的研究集中在物化性质和应用，NaYF4生物效应和安全性的知识匮乏。本申请拟围绕NaYF4纳米材料的生物效应这个中心问题，从这类纳米材料的理化特性入手，深入研究不同理化特性的纳米粒子的生物效应与安全性，在多种层次上揭示纳米粒子与生物体的相互作用，进入生物体途径，在生物体内分布和代谢情况，生物毒性等基本问题，对这类材料的安全性评估提供重要数据。同时，利用荧光上转换纳米材料优异的发光性能，丰富的尺寸和形貌，多样的合成方法等优势，将这些材料作为理想的纳米毒理学研究工具和模型，建立具有一定通用性的纳米材料生物效应评价体系，获得纳米特性对其生物效应的影响规律。

本课题研究工作围绕荧光上转换纳米材料的生物效应这个中心问题，构建多种具有不同理化特性的荧光上转换纳米材料（如尺寸，形貌，化学组成，表面特性等）作为模型化合物，探索荧光上转换纳米材料在细胞和小动物水平的生物学效应及生物安全性，揭示荧光上转换纳米材料的不同理化特性对其体内过程的影响，取得了一系列的研究成果。如设计合成了多种荧光上转换纳米材料为进一步开展其生物效应研究奠定了基础；利用MTT法，血液生化和组织切片等方法，初步评价了荧光上转换纳米材料的细胞毒性及动物体内的急性及长期毒性；建立了基于荧光上转换纳米探针的光学示踪技术，克服了传统光学示踪技术背景噪音大，信噪比低，穿透深度差的缺点，为荧光上转换纳米材料的体内过程研究提供强有力的工具；建立线虫模型和植物模型，为快速、准确和高通量研究荧光上转换纳米材料安全性提供高质量的生物模型；通过理化性质调控和表面修饰技术等提高了荧光上转换纳米材料的生物安全性；在前期工作基础上，利用其特有的光学性质和生物学效应研究成果进一步开展了荧光上转换纳米材料生物应用研究如生物成像，诊疗一体及光动力治疗等等。这些研究成果为更好的利用荧光上转换纳米材料开展生物医学应用提供了依据。