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▌PG2000-Pro 在纳米复合材料上转换荧光中的应用
对一种可用于光热治疗的纳米复合材料 csUCNP@C 进行上转换荧光光谱表征


   纳米复合材料      光热治疗      上转换发光材料         

【概述】在肿瘤的光热治疗中,高空间分辨的微观温度监控方法是提高光热治疗精度的关键。复旦大学李富友教授在此领域的相关成果以题为《Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature》的文章发表在 Nature Communications 上。
      
低温下 csUCNP@C 进行精确光热治疗的原理示意图
图1, 低温下 csUCNP@C 进行精确光热治疗的原理示意图

文中主要讲述了一种光热材料与 温敏上转换发光材料 相结合的复合纳米探针,利用该探针可以监控光热治疗中材料的微观温度变化,通过微观温度的反馈,有效控制光热效应的杀伤范围,从而实现了细胞大小量级分辨率的精确治疗。该项研究揭示了光热材料微观温度变化监控的意义,率先将微观温度监控的概念运用在活体肿瘤治疗上,有望改变传统意义上对肿瘤光热治疗的理解和操作方式。
      
      【样品 & 测试】作者创造性地将含有温度响应的上转换发光材料与光热纳米材料复合,通过发光信号的变化来探测光热纳米材料的微观温度。为了证明实验方案的可行性,作者对 csUCNP@C 纳米复合材料的光谱与温度进行表征,研究两者的相关特性,并在老鼠肿瘤组织上进行了光热治疗实验(图2)。
      
csUCNP@C 纳米复合材料的光谱与温度表征结果及活体光热治疗实验验证图
图2,csUCNP@C 纳米复合材料的光谱与温度表征结果及活体光热治疗实验验证图

实验中对于光谱的探测,采用了复享光学的便携式光谱仪 PG2000-Pro(图2a)。实验发现,在特定温度区间内,525nm 与 545nm 处强度比的对数,与温度的倒数成线性关系(图2b), 545nm 处光强度与温度成反比(图2e)。光热过程中微观温度的上升远大于宏观温度的变化,经过实验优化,作者在低功率密度的光激发下,实现了对单个细胞的选择性杀伤。此外,他们通过上转换发光对荷瘤小鼠进行微观温度监控,并实施反馈式的肿瘤光热杀伤,实现了温和条件下的高精度光热治疗(图c-f)。
      
文章对复享光学 PG2000-Pro 的标注
图3,文章对复享光学 PG2000-Pro 的标注

【总结】传统的光热疗法中,伤口需要保持 42~45℃ 或更高的温度。在这样的温度下,杀死癌细胞的同时,也会增加正常组织的损伤。为了解决这一问题,作者提出并验证了一种结合光热材料进行实时监测微观温度的光热治疗方案,此方案不仅降低了治疗温度,并且显著提高了定位肿瘤的空间分辨率,进而在光热治疗过程中,对正常组织的损伤降低至最小。
      
      复享光学提供的便携式光谱仪 PG2000-Pro 在纳米复合材料的上转换荧光光谱表征中起到了关键的作用,为作者的研究提供了强有力的光谱测量工具。
      
【参考文献】
       Zhu, Xingjun, et al. "Temperature-feedback upconversion nanocomposite for accurate photothermal therapy at facile temperature." Nature communications 7 (2016): 10437.  Link 
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