稀土上转换发光纳米材料的制备及其在癌细胞检测和光动力学治疗方面的应用

Exploring some simple, low-cost method of sensitive and accurate detecting circulating cancer cells has an important significance in diagnosis and treatment for the early detection of cancer. Functional rare earth up-conversing nanoparticles can be of high sensitivity, high specificity of circulating cancer cells. Therefore, it is expected to be applied to the organism and rapid detection online. This project aims at using fitness functional core-shell structure magnetic rare-earth doped upconversion nanometer material to achieve enrichment and efficient specificity detection analysis of circulation cancer cells in human blood. The project adopt pump light as sensing material for near infrared light rare-earth doped upconversion nano-particles, it can reduce the background noise of organisms and improve the SNR and sensitivity of the sensor effectively. The sensing material was injected intravenously into mice, and results from preliminary study proves that the material has enrichment and detection ability for cancer cells in mice vivo circulation, and can make use of luminescent upconversion nano-particles to achieve photodynamic therapy for circulating cancer cells. The method may provide a universal nano sensing material design method for other similar target analyte.

探索开发一些检测成本低，使用仪器简单，并能提供灵敏、准确、即时的检测外周血循环癌细胞的方法，对于癌症的早期发现、诊断和治疗具有重要意义。功能化的稀土掺杂上转换荧光纳米材料在人全血样本中可以对循环癌细胞进行高灵敏度、高特异性、高信噪比、即时快捷的检测，因此有望应用于生物体内，实现在线的快速检测。 本项目拟利用适体功能化的核-壳结构磁性稀土上转换荧光纳米材料实现对人全血中循环癌细胞的富集和高效特异性检测分析；采用激发光源为近红外光的稀土上转换纳米粒子作为传感材料，降低生物体的背景噪音，有效提高传感器的信噪比和灵敏度；将该传感材料静脉注射到小鼠体内，初步研究其对小鼠体内循环癌细胞的富集、检测能力，并利用上转换纳米粒子的发光实现对循环癌细胞的光动力学治疗。该方法的建立有可能为其他类似目标分析物提供一种通用的纳米传感材料设计方法。

近年来，为了实现癌症的早期诊断和有效治疗，构建集医学成像和治疗于一体的诊疗纳米平台得到了迅速发展。而这对于传统的癌症治疗的突破有着重要的意义。在项目执行期间，我们围绕新型稀土掺杂上转换发光纳米晶的设计合成和性能表征进行了系统的研究，并对其在检测和生物医药领域的应用进行了探索研究，取得了一系列创新性成果。1）通过水热法制备了系列稀土氟化物上转换发光纳米材料，该类材料构建了水溶液中pH 6-8范围内的pH传感器。2）围绕如何实现癌症的高效诊断和治疗这一主题，探索开发了基于上转换发光纳米材料的新型高性能的多功能纳米诊疗剂，并取得了一系列重要的创新进展。3）设计并合成了由808 nm近红外光激发的稀土上转换纳米诊疗剂，并系统的研究了其在多种成像模式引导下光热治疗中的应用。4）合理的设计首次合成了Yb3+/Er3+，Ho3+，Tm3+ 共掺杂的Bi2O3上转换纳米球，合成的纳米球可以被用来进行温度传感和生物光学成像。5）设计并合成了Mn3O4@PDA核壳纳米粒子。其中，Mn3+作为T1核磁成像的造影剂，取代了传统的Gd3+造影剂，从而避免了Gd3+对人体肾功能的潜在危害。上述研究成果在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Small、Nanoscale等国际著名期刊发表研究论文24篇，申请发明专利1项，联合培养博士生3名，项目执行期间，一名成员晋升副研究员，一名成员晋升研究员，一名成员获中科院青促会优秀会员。研究成果表明我们很好地执行了项目的研究计划，圆满完成了预期目标。