熒光上上轉換納米粒子做近紅外熒光探針

　　由于在生物醫學研究和臨床治療上的需求，光學成像技術在生物成像的應用方面發展迅猛，各種新手段、新材料、新方法不斷涌現。近年來，隨著各種功能強大的熒光探針的快速發展(如半導體納米粒子、熒光蛋白、熒光有機分子等)，光學成像技術已經越來越廣泛的應用于生物體內成像研究。但是，由于需要光作為成像的信息源，生物組織對光的高散射和高吸收成為制約光學成像技術在生物體內成像的主要障礙。一般來講，生物組織對可見區(350-700nm)和紅外區(>1000nm)具有最強的吸收。相反，生物組織對近紅外區(650-1000nm)光的吸收最少，因此近紅外光可以穿透生物組織的距離最大。采用近紅外熒光探針可以對深層的組織和器官進行探測和成像，這是可見區熒光探針所不能比擬的。我們在設計新一代熒光探針時必須考慮如何將探針的激發光和發射光調控到近紅外區。

　　迄今為止，近紅外熒光探針的種類非常有限，幾乎全部屬于有機熒光染料，而有機熒光染料作為生物體內熒光探針有很多缺點：第一，有機熒光染料容易被光漂白，不能長時間使用;第二，有機染料不適合同時多色成像，大多數染料只能被特定的波長有效激發，需要多個激發光源才能實現多色顯示;第三，激發和發射波長不夠穩定，容易隨周圍環境(如PH、溫度等)而變化。為了克服這些缺點，人們正在發展用無機熒光納米半導體粒子(量子點)來作為新一代熒光探針。與有機熒光染料相比，量子點具有很多優勢：首先，量子點具有寬帶吸收峰和很窄的發射峰，通過控制粒徑可以得到從紫光到近紅外的各種發光;其次，具有很高的熒光量子產率，發光穩定，不易被光漂白;并且，量子點容易實現修飾，可以在表面修飾各種有機分子和生物分子，進行生物檢測和成像，一個量子點還可以修飾很多靶向分子。目前，發射近紅外光的CdTe， CdS，HgS和CdSe量子點已經作為近紅外熒光探針應用在近紅外生物細胞和組織成像研究上。然而，目前采用的這些量子點在生物成像中仍然存在一些問題。最主要的問題就是量子點的毒性，如量子點中含有的Cd, P和Hg等均對生物體有很大傷害。此外，量子點需要高能量的紫外或近紫外光激發，在采集熒光探針信號的同時，生物組織在高能量光源的激發下的產生自身熒光也會極大干擾熒光探針的信號，造成信噪比變差，從而不能檢測深層生物組織的信號。長時間暴露在高能光源下還會造成生物組織的光損傷、蛋白質破壞和細胞死亡等。因此，開發新一代近紅外熒光納米粒子必須滿足以下幾個條件：

　　<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->制備方法簡便，綠色無污染，原料成本低。

　　<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->發光穩定，不會被光漂白。

　　<!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->熒光量子產率高。

　　<!--[if !supportLists]-->4. <!--[endif]-->不含或極少含有毒物質，對生物體無毒害或危害極小。

　　<!--[if !supportLists]-->5. <!--[endif]-->發射光必須在650-1000nm的近紅外區。

　　<!--[if !supportLists]-->6. <!--[endif]-->在體內、體外都能穩定存在，容易修飾生物分子，有良好的生物兼容性和生物環境下的分散性。

　　<!--[if !supportLists]-->7. <!--[endif]-->不需高能量光激發。

　　熒光上轉換納米粒子恰恰可以滿足這些要求。熒光上轉換納米粒子吸收兩個或兩個以上的紅外光子，發射一個可見光子或近紅外光子。通過改變摻雜離子濃度，可以實現從紫光到近紅外的發光調控。與量子點和有機熒光染料相比，熒光上轉換納米材料具有化學穩定性好、熒光量子產率高、毒性低、不會產生背景熒光、信噪比好等特點。最重要的是，熒光上轉換納米粒子的激發光為紅外光(980nm)，這個波段的光在生物組織和血液中的吸收極低，是人體的透明窗口，因此可以用于檢測更深層的生物組織情況，且不會對生物組織產生光損傷。此外，紅外激光器小巧緊湊、功率高、價格低廉，為熒光上轉換納米粒子的實際應用提供了良好的條件。以上這些優點使得熒光上轉換納米粒子在生物分析，特別是在生物體內成像上有著廣闊的應用前景。