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基于上转换纳米粒子的近红外光响应材料的设计和研究进展

光疗有很悠久的历史。在五千年以前,古埃及人就用太阳光治疗新生儿的黄疸病。相比于其他的治疗方法,光疗有良好的时间和空间选择性。在很多情况下,光疗需要光响应的药物或者辅助材料。而大部分的光响应材料的吸收波段是在紫外光区。然而,紫外光的组织穿透深度非常浅,这限制了光疗在生物医学中的应用。相对于紫外光,近红外光不仅有更深的组织穿透深度而且对生物组织的伤害比紫外光小。因此,近红外光是生物医学应用中非常理想的光波段。近红外光区域也被称作用于治疗的光学窗口。近红外光响应的生物医用材料能用于组织深处的光疗。

基于上转换纳米粒子的近红外光响应材料的设计和研究进展

近日,德国马普高分子研究所(Max Planck Institute for Polymer Research,Mainz,Germany)的吴思博士(Dr.Si Wu, Group Leader)和 Hans-Jürgen Butt教授(Institute Director)在《Advanced Materials》上发表的综述中详细阐明了基于上转换纳米粒子的近红外光响应材料的制备方法以及在生物医学方面的潜在应用(DOI: 10.1002/adma.201502843)。

这篇综述首先介绍了基于上转换纳米粒子的近红外光响应材料的设计。作者深入浅出地介绍了NaYF4 :Yb/Tm和NaYF 4 :Yb/Er为代表性的上转换纳米粒子的发光机理,从理论上寻找和合成新的近红外光响应材料。上转换纳米粒子可以和多种光响应分子结合制备近红外光响应材料。比如,偶氮苯类,硝基苯类,螺吡喃类和二芳基烯类光响应材料可以利用上转换所发出的紫外光进行化学反应。尤其值得一提的是钌配合物在药物释放和生物界面方面的创新性设计。这一体系利用了上转换出的可见光诱导钌配合物的光反应,这可以有效的降低激光能量。基于上转换纳米粒子的光响应材料不仅在药释放方面有非常好的应用前景,而且在深层组织光引发生物传感,补牙材料,生物光催化,药物筛选,新药开发,近红外光诊断,光刻等方面也都有广阔的应用前景。

同时,本文的作者提出了这一领域面临的挑战,比如生物组织对近红外光的吸收所产生的热效应以及更组织对近红外光的散射引起的穿透深度不够的问题是目前这一领域非常关切的问题。作者提出设计高效的近红外光响应材料能降低激光能量使近红外光响应材料能在深层组织得到应用是下一步重点研究的方向。

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基于上转换纳米粒子的近红外光响应材料的设计和研究进展

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