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上轉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一家知名的生物科技公司，專注于生產銷售科研級別的藥物傳遞和藥物納米靶向方面的產品。公司目前經營的產品主要有合成磷脂，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。

上轉換發光概念(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光效率較高的納米級上轉換新型功能無機材料。這一功能型上轉換納米材料，使生物醫學領域里相應的診斷、治療、監測、成像等獲得發展與進程。

◆ 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氧。單態氧能與附近的生物大分子發生氧化反應，產生細胞毒性進而殺傷腫瘤細胞。

在PDT治療技術中，光敏劑及其激發光是關鍵要素。激發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。但傳統激發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光。克服傳統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光源，通過上轉換轉變成能量較高的光，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具有可調發光特性。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：主要包括上轉換與光敏劑的能量轉移效率低、釋放時間可控性不高、釋放部位難以控制、正常組織過熱現象等不足。

◆ UCNPs應用于PDT的改進：

1.提高UCNPs與PS之間的能量轉移效率

（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移效率的目的

（2）改變光敏劑：用UCNPs多頻譜發光的特點。

2.改善PDT的激發光

利用近紅外光(NIR)作為激發光源，可克服傳統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光源（如：水溶性上轉換納米顆粒（980激發））。

但用該類方法作為激發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。