面向生物医学成像应用的上转换发光标记的基础问题研究

Based on the unique properties and application potentials of upconversion luminescent materials, this project investigates the properties and application of triplet-triplet annihilation (TTA) based upconversion materials. The research project includes the synthesis and optimization of upconversion materials, the assembly of TTA-based upconversion nanomaterials, the design and fabrication of upconversion luminescence imaging instrument, and their bio-imaging application. The results of this research project will provide a new and efficient upconversion material system for the bio-imaging applications.

基于上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的应用前景，本项目选择三重态-三重态湮灭（TTA）上转换发光材料作为研究对象，利用其具有大的吸收截面和高的上转换发光效率的特点，开发新型、高效的上转换发光标记物，并将其应用于上转换发光生物成像。本项目将从TTA上转换发光纳米材料的合成及发光性能调控、组装与表面功能化、上转换发光成像仪器的优化设计与组装、生物医学成像和手术导航应用这四个方面展开研究，对材料的组成与结构进行调控，在优化其发光性质的基础上进行生物分子功能化表面修饰，选择合适的模式动物，利用优化设计的发光成像仪器进行相关生物成像实验，推动上转换发光材料在生物医学领域中的应用。

上转换发光纳米材料因其具有独特的长波长激发、短波长发射特性而被认为是一类极具潜力的生物活体成像探针。该类探针在现阶段的应用研究过程中主要受到发光效率低、生物功能化较难、以及无成熟的成像设备等问题制约。本项目着重研究上转换发光纳米材料在应用中所遇到的基本科学问题。以稀土和三重态-三重态湮灭上转换发光纳米材料作为主要研究对象，从发光纳米材料的组成与结构优化，纳米晶的表面功能化，成像设备和方法建立，生物成像应用模型研究这几个方面入手，系统地研究了相关问题的科学本质，建立了上转换发光活体成像与检测方法，并将其应用于生命科学和临床前研究。这一方法的建立推动了上转换发光纳米材料在生物医学领域的应用。