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使用水分散性金属-绝缘体-金属纳米结构实现上转换发光增强超过1000倍
摘要： 稀土激活的上转换纳米粒子（UCNPs）因其卓越的光稳定性和低细胞毒性，在生物成像领域重新受到关注。这类纳米粒子常与等离子体纳米结构结合以增强其光致发光（PL）性能。然而现有湿化学技术存在严重的不均匀性，导致增强效果有限。本文报道了通过光刻技术制备的金属-绝缘体-金属（MIM）纳米结构，其光致发光强度实现了超过1000倍的增强。我们将MIM结构分散于水中并用于膀胱癌细胞成像，证实了其在生物成像应用中的潜力。据我们所知，该成果分别比文献中最佳光刻制备结构和胶体体系实现了数量级和两个数量级的提升。这种显著的增强效应允许使用更低粒子密度或更低激发功率密度进行生物成像与治疗，从而在提高检测灵敏度和治疗效果的同时降低潜在副作用。
关键词： 上转换纳米颗粒、等离子体增强效应、生物成像、光致发光、金属-绝缘体-金属纳米结构
更新于2025-09-10 09:29:36
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解决生命科学应用中敏化光子上转换的氧敏感性问题
摘要： 低能量光向高能量光的转换（即上转换）可应用于生物成像和光疗等生命科学领域。敏化三重态-三重态湮灭上转换（sTTA-UC）是其中一种上转换方式：通过低能量光激发光敏剂后，其将能量转移至湮灭剂，从而发射出更高能量的光。通过改变分子组分可实现激发与发射波长的精准调控。sTTA-UC因具有高效的上转换效率而备受青睐，但其对活细胞及生物组织中氧气的敏感性仍是亟待解决的问题。本综述首先阐述了sTTA-UC在生物纳米器件和生命科学应用中的核心要求，随后探讨了规避其氧气敏感性的多种方法。
关键词： 光疗、双氧敏感性、敏化三重态-三重态湮灭上转换、生物成像、上转换
更新于2025-09-09 09:28:46
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更快、更清晰、更深入：结构光照明显微镜在生物成像中的应用
摘要： 结构光照明显微镜（SIM）可在活体样本中实现快速超分辨率（SR）成像。我们综述了超分辨结构光照明显微镜技术的最新进展，重点关注成像速度、分辨率和成像深度。自数十年前问世以来，该技术已发展出多种实施方案，每种方案各具优缺点。我们对此展开讨论，旨在为生物学家提供实用指南，并指明哪种方法最适合特定应用场景。
关键词： 结构光照明显微镜、分辨率、生物成像、超分辨率成像、成像速度、深度
更新于2025-09-09 09:28:46
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用于联合光热治疗与生物成像的核壳结构Ag@SiO?纳米杂化体上银种子及纳米颗粒的制备
摘要： 本研究采用Stober法制备了两种不同形貌的核壳纳米杂化材料：表面暴露银种子的二氧化硅包覆银（Ag@SiO2@Agseed）和表面暴露银纳米颗粒的二氧化硅包覆银（Ag@SiO2@AgNPs），并探索了它们在生物成像和光热治疗（PTT）中的潜在应用。在可见光（400 nm）照射下，表面暴露银种子的Ag@SiO2@Agseed比Ag@SiO2@AgNPs表现出更高的光热转换效率。体外MTT暗态实验及后续HeLa细胞生物成像证实了所制备核壳纳米杂化材料的良好生物相容性。通过将HeLa细胞与纳米杂化材料共孵育、400 nm激光照射以及随后使用膜联蛋白V和碘化丙啶（PI）染色，研究了两种核壳纳米杂化材料的光热治疗应用，结果显示两者产生了明显不同的PI染色效果。值得注意的是，由于Ag@SiO2@Agseed在细胞内产生更多热量，其在光照下导致的细胞死亡率高于Ag@SiO2@AgNPs。这些结果表明所制备的核壳纳米杂化材料具有生物成像和光热治疗的潜在应用价值，为基于光疗的生物医学应用提供了新型候选材料。
关键词： Ag@SiO2@AgNPs（银@二氧化硅@银纳米颗粒）、Ag@SiO2@Agseed（银@二氧化硅@银晶种）、光热治疗、核壳结构、生物成像
更新于2025-09-09 09:28:46
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混合表面化学：实现高发光生物相容性两亲性硅纳米晶体的方法。
摘要： 两亲性纳米粒子（AP-NPs）在多个领域具有广泛应用前景。其中，两亲性硅纳米晶（AP-SiNCs）因其尺寸与表面化学依赖的光致发光特性、高光致发光量子产率、优异的长期光稳定性及良好的生物偶联耐受性，在基于发光的生物成像、生物传感和药物递送领域展现出独特优势。现有大量研究已证实可合成与有机溶剂相容的高质量硅纳米晶，但如何在保持其优异发光性能的同时制备水溶性硅纳米晶仍极具挑战——迄今仅有一例蓝光发射型两亲性硅纳米晶（AP-SiNCs）的报道。本研究提出一种简便的一步热氢化硅烷化方法，可制得高浓度（基于硅核达14.4 mg/mL）水相分散的两亲性硅纳米晶，该材料在红/近红外光谱区呈现明亮长寿命光致发光，具有良好生物相容性并带有可生物偶联的表面基团。
关键词： 药物递送、光致发光、硅纳米晶体、生物传感、生物成像、两亲性纳米颗粒
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过能量捕获增强Er<sup>3+</sup>敏化NaLuF<sub>4</sub>上转换晶体的红光发射
摘要： 三价镧系元素掺杂上转换(UC)材料的发光效率受到浓度猝灭效应的显著限制。本工作通过多波长激发下的能量捕获机制，使Er3?敏化的NaLuF?上转换晶体红光发射强度大幅提升。引入Tm3?或Ho3?能量捕获中心后，激发能量被限制在Er3?激活剂内，同时抑制了交叉弛豫猝灭和向晶格缺陷的能量迁移。增强的红光上转换发射(660 nm)主要源于Tm3?和Ho3?捕获中心通过高效能量转移实现的激发能量有效限制：Er3?与Tm3?/Ho3?间的能量传递路径为4I11/2(Er3?)→3H5(Tm3?)→4I13/2(Er3?)和4I11/2(Er3?)→5I6(Ho3?)→4I13/2(Er3?)。研究发现，Er3?敏化NaLuF?晶体中激发能量的限制效率高于Yb3?/Er3?共敏化体系，且其发光效率远超基于Er3?主体敏化的上转换晶体(NaErF?)。此外，该上转换颗?？杀?08、980和1532 nm三种波长高效激发，在生物成像、防伪和太阳能电池等领域具有显著应用优势。
关键词： 能量捕获、防伪、NaLuF4、Er3+敏化、太阳能电池、生物成像、上转换、发光
更新于2025-09-09 09:28:46
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生物合成过渡金属硫族化合物半导体纳米粒子：合成、性能调控及应用的进展
摘要： 过渡金属硫族化合物是一类半导体材料，其应用范围涵盖抗菌颗粒到能量转换器件中的薄膜。合成生物学的重大进展，加上"绿色合成"方法在低能耗和低毒性废物方面的优势，已引导大量研究关注这些无机材料的生物合成。包括细菌、真菌、藻类和酵母在内的多种微生物，以及利用酶的无细胞方法，均可生产过渡金属硫族化合物纳米颗粒（NP）。最新研究表明，这些过渡金属NP的尺寸、晶体结构和带隙都能得到良好控制，从而推动了此类生物合成NP在生物修复、生物成像、光催化和能量转换等领域的原型应用。本综述首次综合了过渡金属硫族化合物NP在生物合成、性能控制和应用方面的最新进展。
关键词： 光伏、荧光、抗菌、生物成像、光电化学、光催化
更新于2025-09-09 09:28:46
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用于开发成像蒽环类抗生素的红外纳米传感器的化学计量学方法
摘要： 在生物环境中生成、识别和验证用于成像分子靶点的光学探针仍是一项挑战。利用单壁碳纳米管固有近红外荧光特性的合成分子识别方法，为组织中长期生化成像提供了有前景的途径。然而，要生成能选择性成像分子靶点的纳米传感器，需要采用启发式方法。在此，我们提出一个化学计量学平台，可快速筛选候选单壁碳纳米管纳米传感器库对生化分析物的响应，量化其对维生素、神经递质和化疗药物等小分子的荧光反应。我们进一步证明该方法可用于识别能选择性调节候选纳米管固有近红外荧光的生化分析物。通过化学计量分析，不仅能鉴定出纳米传感器-分析物"有效组合"，还能确定最适合转化为生物成像的纳米传感器荧光信号模式（如波长偏移）。运用此方法，我们鉴定并表征了一种针对化疗药物蒽环类阿霉素的纳米传感器——该传感器能产生高达17纳米的荧光红移，检测限达8微摩尔，与治疗给药时常见的阿霉素峰值循环浓度相当。我们证明了该纳米传感器对常与阿霉素联用的化疗药物达卡巴嗪具有选择性。最后，通过将纳米传感器植入小鼠后肢并测量其对外源阿霉素给药的响应，我们证实了该纳米传感器在肌肉组织成像中的组织相容性。这些结果推动了化学计量学方法在纳米传感器研发中的应用，可用于长期监测药物在组织中的分布及实时追踪药物蓄积过程。
关键词： 荧光响应、单壁碳纳米管、红外纳米传感器、生物成像、阿霉素、化学计量学方法、蒽环类抗生素
更新于2025-09-09 09:28:46
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镧系掺杂氧化铪纳米颗粒用于多模态诊疗：调控理化性质及其与生物实体的相互作用
摘要： 高Z金属氧化物纳米颗粒有望作为成像探针和放疗增敏剂。二氧化铪纳米颗粒近期已进入临床评估阶段。尽管早期临床研究结果令人鼓舞，但二氧化铪作为多模态诊疗基质的潜力尚未充分开发。本研究探究了基于二氧化铪纳米颗粒的理化特性及其多模态诊疗成像潜力。我们合成了未掺杂及镧系元素（Eu3?、Tb3?和Gd3?）掺杂的二氧化铪纳米颗粒，并通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷（APTES）和叶酸（FA）等功能基团进行修饰。研究表明，直接沉淀法、微波辅助合成法和溶胶-凝胶化学法等不同合成路径可制备具有独特理化性质的二氧化铪颗粒，其中溶胶-凝胶法制备的纳米颗粒均匀性更佳且掺杂效率优于其他两种方法。通过镧系元素掺杂可同时调控发光与造影性能。实验证明，在二氧化铪基质中引入镧系掺杂剂可实现MRI造影与放疗增敏的协同效应。值得注意的是，在类溶酶体条件下，二氧化铪主体基质的离子渗漏极低——对于钆掺杂样品，其渗漏量较氧化钆降低10倍以上，且在单核细胞来源的巨噬细胞中，当纳米颗粒浓度达250微克/毫升时仍未观察到显著细胞毒性。通过化学表面修饰可进一步优化细胞相容性与血液相容性，并实现分子靶向基团的修饰以增强细胞摄取。综上，本研究揭示了基于二氧化铪的纳米材料除放疗增敏外，还具有多种具备临床应用前景的特性。
关键词： X射线、磁共振成像、功能化、生物成像、二氧化铪
更新于2025-09-09 09:28:46
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基于纳米金的光敏剂探针用于癌症的双模态生物成像与治疗
摘要： 本研究报道了基于新型纳米金光敏剂（纳米敏化剂）作为光学诊断探针，以及利用体外癌细胞模型作为潜在光动力和光热癌症治疗剂的用途。此类多模态纳米敏化剂是通过将光敏剂（金雀异黄酮、叶绿素e6）分层负载于多分支金纳米颗粒上构建而成。纳米敏化剂与肿瘤特异性抗体偶联以赋予其癌细胞靶向性。在体外培养了口腔（SCC9）和乳腺癌（MCF7）细胞系，并使用不同浓度的纳米敏化剂进行处理。通过暗场对比成像、透射电子显微镜和拉曼光谱成像评估纳米敏化剂的细胞摄取和胞内定位，并采用共聚焦荧光显微镜进行定量分析。除光动力诊断（PDD）效能外，还评估了这些新型纳米敏化剂的光动力（PDT）和光热（PTT）治疗潜力。处理后的细胞暴露于适当波长和光强的光照下，通过3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四氮唑溴盐（MTT）法检测细胞毒性。观察到纳米敏化剂被细胞摄取并内化。虽然纳米敏化剂的胞内靶点似乎具有细胞类型依赖性，但它们优先定位于溶酶体和线粒体。研究表明纳米敏化剂表现出极低的暗毒性，在微摩尔浓度范围内可观察到显著的光动力介导的细胞死亡（p<0.05）。本研究表明纳米敏化剂的细胞摄取速率和胞内分布存在细胞类型和光敏剂类型依赖性，这直接影响纳米敏化剂的光动力治疗效果。证实了这些新型金纳米敏化剂在体外的生物相容性，并突出了其作为癌症诊断和治疗多功能光学试剂的潜力。
关键词： 表面增强拉曼散射、多模态、生物成像、细胞摄取、口腔癌
更新于2025-09-04 15:30:14