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上轉(zhuǎn)換納米材料在光動力療法中的應用

西安瑞禧生物科技有限公司是國內(nèi)一家知名的生物科技公司，專注于生產(chǎn)銷售科研級別的藥物傳遞和藥物納米靶向方面的產(chǎn)品。公司目前經(jīng)營的產(chǎn)品主要有合成磷脂，PEG衍生物，共聚物，納米金，磁性納米顆粒，介孔二氧化硅，活性熒光染料，熒光量子點，點擊化學等等。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光概念(upconversion，UC)，到20世紀90年代納米技術引入，共同合成許多具有水溶性且發(fā)光效率較高的納米級上轉(zhuǎn)換新型功能無機材料。這一功能型上轉(zhuǎn)換納米材料，使生物醫(yī)學領域里相應的診斷、治療、監(jiān)測、成像等獲得發(fā)展與進程。

◆ UCNPs在PDT中的應用

光動力療法(PDT)，是指用光敏藥物和激光活化治療腫瘤疾病的一種新方法。用特定波長照射腫瘤部位，能使選擇性聚集在腫瘤組織的光敏藥物活化，引發(fā)光化學反應破壞腫瘤。新一代光動力療法(PDT)中的光敏藥物會將能量傳遞給周圍的氧，生成活性很強的單態(tài)氧。單態(tài)氧能與附近的生物大分子發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生細胞毒性進而殺傷腫瘤細胞。

在PDT治療技術中，光敏劑及其激發(fā)光是關鍵要素。激發(fā)光源必須具有光敏劑可吸收的頻譜及能量，還要有一定的組織穿透力。但傳統(tǒng)激發(fā)光不能充分穿透組織，使PDT只適用于淺部的腫瘤，而對深部的腫瘤無效，因此極大地限制了PDT在臨床應用的范圍。

UCNPs使PDT利用近紅外光等組織穿透力強的光源用作激發(fā)光。克服傳統(tǒng)PDT技術不能充分穿透組織的不足及限制，提高PDT治療效果，拓寬其臨床應用范圍。

◆ UCNPs應用于PDT技術作用：

一：可利用低能量的近紅外作為激發(fā)光源，通過上轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成能量較高的光，達到PDT光敏劑所需的頻譜。由于近紅外具有更深的光透射深度，可使PDT可用于更深組織的治療。

二：UCNPs具有可調(diào)發(fā)光特性。能在PDT中使用更多不同的光敏劑種類。

三：UCNPs能夠搭載光敏劑、進行磁性包覆、對癌細胞定位靶向治療等，使得PDT治療技術獲得更精準的靶向性，從而提高其治療效果。

◆ UCNPs應用于PDT的不足：主要包括上轉(zhuǎn)換與光敏劑的能量轉(zhuǎn)移效率低、釋放時間可控性不高、釋放部位難以控制、正常組織過熱現(xiàn)象等不足。

◆ UCNPs應用于PDT的改進：

1.提高UCNPs與PS之間的能量轉(zhuǎn)移效率

（1）改變距離：

   控制UCNPs的涂層厚度，縮小UCNPs和光敏劑兩者間的距離，顯著地提高了能量轉(zhuǎn)移的效率

   控制UCNPs的結構類型，以達到減小UCNPs與光敏劑之間的距離提高能量轉(zhuǎn)移效率的目的

（2）改變光敏劑：用UCNPs多頻譜發(fā)光的特點。

2.改善PDT的激發(fā)光

利用近紅外光(NIR)作為激發(fā)光源，可克服傳統(tǒng)PDT技術的不足和限制。目前廣泛研究應用的UCNPs是以Yb3+作為敏化劑的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，而Yb3+離子的吸收峰位于975 nm附近，因此980 nm激光器是目前唯一合適的激發(fā)光源（如：水溶性上轉(zhuǎn)換納米顆粒（980激發(fā)））。

但用該類方法作為激發(fā)光源會導致生物樣品過熱效應，從而導致生物組織的損傷破壞，降低激發(fā)光源的穿透能力，并且Yb3+離子本身在紅外波段的吸光能力并不強。為了使熱效應最小化，亦可選擇無機材料石墨碳氮化物量子點(CNQD)作為光敏劑。