新一代近红外二区荧光探针:稀土掺杂纳米晶用于生物成像和检测

近年来,荧光成像由于具有快速响应、高灵敏、高时间和空间分辨率以及非侵入性等特点,已经在生命科学和生物医药领域内得到了广泛的研究和应用。相比于可见光区(400 nm- 700 nm)和近红外一区(NIR-I,700 nm-900 nm),近红外二区(NIR-II,1000 nm-1700 nm)成像受到了人们广泛的关注,其主要优势体现在可以显著降低生物组织对光子吸收、散射作用以及生物体的自发荧光强度,大大的增加了光在生物组织内的穿透深度,提高了成像的信噪比和分辨率。在NIR-II区,稀土离子掺杂的纳米颗粒作为进近年来出现的一种新型荧光探针,具有一些显著的优点,比如有较大的斯托克斯位移、生物毒性小、不易被光漂白、发射峰半高宽比较窄等,目前成为生物成像中的研究热点,有着很广泛的应用前景。

近日,复旦大学张凡教授团队在Wiley旗下期刊Advanced Optical Materials发表了题为“A New Generation of NIR-II Probes: Lanthanide-Based Nanocrystals for Bioimaging and Biosensing”的综述文章,第一作者为凡勇博士。该综述总结了目前基于稀土掺杂纳米颗粒在NIR-II区的发射机理和合成方法,以及在生物成像和检测中的应用,并对该新型荧光探针在生物学基础和临床研究提出了新的见解和观点。

首先,作者在文中详细的介绍了稀土掺杂纳米颗粒在NIR-II区的发光机理,并归纳总结了四种常见的发光模式和纳米探针的结构组成,包括单掺杂离子发射(Er3+,Nd3+)、双掺杂离子发射(Yb3+-Ln3+(Ln=Ho,Pr,Tm,Er)和Er3+-Ln3+(Ln=Nd,Ho,Tm))以及三掺杂离子发射(Nd3+-Yb3+-Ln3+(Ln=Ho,Pr,Tm,Er))。针对发光机理,作者随后总结了该新型纳米荧光探针的合成方法,并对其中的一些关键点和挑战(荧光量子产率、激发波长、颗粒大小)做出了分析和研究,为后续该纳米探针的设计与合成提供了指导。最后,作者介绍了该新型纳米荧光探针在NIR-II区的生物多重成像(荧光强度以及荧光寿命)和检测应用中的最新进展,并讨论了其临床研究所面临的挑战及未来的研究方向和机遇。相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201801417)上。

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