一种新型高效无机光敏剂构建及其光动力治疗的基本科学问题

Photodynamic therapy (PDT) is a minimally invasive method among current treatment options for early cancer. For the poor tissue penetration of common excitation light and the difficulty in quantitative treatment in PDT, a novel idea of near-infrared photodynamic therapy (NI - PDT) is proposed as follows: under excitation of 980 nm laser, Yb3+ doped fluoride nanoparticles bonding to targeting drug could produce reactive oxygen species effectively and achieve the treatment of tumor as photosensitizer (NIPS). In this project, future work should include: improving the yield of reactive oxygen species of NIPS; developing the measurement method of the distributions of tissue oxygenation and photosensitizer in tissue; studying the related issues of functional NIPS in biological applications. Based on the studies above, the following problems could be solved: mechanism of energy transfer and distribution of NI-PS absorbed by Yb3+ ions; the effects of crystal structure and the surroundings on the Yb3+ ion radiation properties; evaluation of the therapeutic efficacy of Yb3+ doped core-shell nanoparticles in vitro and in vivo. The development of the novel high efficient nano-photosensitizer and its relevant quantative evaluation method would promote the healthy development of photodynamic therapy technology.

光动力治疗（PDT）是目前副作用最小的肿瘤早期治疗方法。针对PDT中激发光穿透性差和治疗因素无法量化的挑战性难题，本项目提出了新的近红外光动力治疗（NI-PDT）思想：以Yb3+掺杂氟化物纳米粒子为光敏剂（NIPS），利用其与靶向标记因子键联的方式使其具有靶向性，利用近红外980nm激光激发光敏剂，高效产生活性氧达到治疗的目的。本项目将开展高活性氧产率的NIPS的构建、建立针对组织氧浓度和NIPS分布测量方法、以及生物靶向功能的NI-PDT生物应用等相关问题的研究。重点解决纳米晶中的Yb3+离子吸收能量迁移和能量分配规律、结构和环境对Yb3+离子辐射性质的影响规律、以及设计构建的高Yb3+离子分区掺杂的纳米粒子体内外的纳米生物效率和评价等关键科学问题。发展NI-PDT中高效新型纳米光敏剂及相关性能量化评价科学方法，推动光动力治疗技术的科学发展。

光动力治疗（PDT）是目前副作用最小的肿瘤早期治疗方法。针对PDT中激发光穿透性差和治疗因素无法量化的挑战性难题，本项目发展了新的近红外光动力疗法（NI-PDT）的探索：以Yb3+掺杂氟化物纳米粒子为光敏剂（NIPS），利用近红外 980nm 激光激发光敏剂，高效产生活性氧达到治疗的目的。本项目探究了高活性氧产率的 NIPS 的构建、NI-PDT 对细胞功能演化的调控规律等研究。此外，本项目还探究了光动力疗法中溶氧检测以及温度检测等问题。.近红外激发无机光敏剂方面：利用热溶剂法对无机光纳米敏剂的构建与表征进行了系统研究，确定了合成条件；探索了无机光纳米敏剂的光谱特性，以DPBF做活性氧指示剂对其产生活性氧的能力进行了表征，并用荧光动力学过程进一步验证了近红外无机光敏剂与氧分子之间的相互作用。.近红外光动力医疗方面：对近红外无机光敏剂进行了表面键联，开展了近红外光动力疗法的细胞毒性、光毒性实验、流式细胞术分析证实了近红外光动力疗法对细胞的有效性，PC-9肿瘤的动物实验进一步证实了其效果。.计量化光动力医疗方面：探索了利用钆离子修饰实现光敏剂分布的磁共振半定量研究方法；开展了基于金属卟啉磷光氧敏感特性的组织氧检测方法；研究了利用光敏剂荧光、磷光的组织成像方法研究；利用组织光学散射规律，探索了不同激发位置小鼠模型的组织光流分布，利用非均匀仿体探索了荧光药物分布；.光动力医疗温升方面：从方法学的角度开展了荧光温度传感中灵敏度、测温精度的研究，建立了热布局理论，阐述了相对灵敏度对于衡量测温性能的正确性，并揭示了无辐射弛豫过程对测温精度以及相对灵敏度的影响规律。.项目的研究成果取得了预期结果，这些研究成果为近红外光动力疗法的应用奠定了基础，为计量化光动力医学的发展提供了思路。