可体内反复充能的介孔长余辉发光纳米颗粒

AS长余辉发光是一种有趣并且特别的发光现象。在关闭激发光后,发光能够持续几天甚至长达数周之久。传说中的“夜明珠” 就是其中一例。 物理上, 长余辉材料能够将激发光的能量存储在自身的能级陷阱中,然后在相当长的时间内以光的形式缓慢释放存储的能量。以前,长余辉发光必须依赖短波长(如,紫外光)光源激发,而短波长的光很难穿透深层生物组织。最近,人们发现可以用可见红光可激发ZnGa2O3:Cr3+ (ZGC) 的近红外长余辉发光。可是,传统的ZGC合成需要高达750 oC的高温固相反应,后续处理也很繁琐费时。针对这一问题, 美国马塞诸塞大学医学院(University of Massachusetts-Medical School) 韩纲教授和合作的科学家们利用介孔二氧化硅纳米球(MSNs)用模板合成方法解决这一问题,首次实现在动物体内多次充能成像。该工作是最新一期的Advanced Science的封面文章

他们的方法使用MSNs为纳米反应器。ZGC的硝酸盐前驱体溶液通过毛细作用进入MSNs的纳米孔道,经过真空干燥和煅烧之后在孔道中原位生成ZGC。传统方法使用750 oC的合成温度,这一新方法的最佳合成温度为600 oC。得到的含有ZGC的MSNs,即作者所指的“mZGC”,拥有精确可控的尺寸和形貌并且能够保留MSNs的介孔结构。

为了验证在体外和体内mZGC的长余辉发光性质,作者是用一小片猪肉覆盖mZGC,然后使用白光LED等通过猪肉来给mZGC“充能”。mZGC的长余辉发光成功地穿透了8 mm的猪肉。更重要的是,这一“充能”过程可以成功地重复5次而没有观察到明显的余辉信号衰减。

为了测试mZGC在生物活体的光学成像性质,分散于生理盐水的mZGC通过尾静脉注射进入小鼠体内,然后将小鼠暴露于LED光源下。他们成功地在小鼠模型中检测到了长余辉发光,即使在关掉激发光源10分钟之后。以10分钟为间隔,这一活体原位“充能”过程可以反复进行而不发生明显的余辉发光减弱。通过与没有注射mZGC的小鼠比较,可以证实长余辉发光来自小鼠肝脏。解剖之后的器官发光成像结果进一步证实了这一结论。

这一实验成功地证明了介孔mZGC的合成并演示了长余辉发光性质。另外,更重要的是,这一工作首次证实了在动物活体水平为长余辉发光材料多次重复充能的可行性。这一设计理念将毫无疑问地推动类似介孔长余辉材料的发展,并进一步推动可重复“充能”ZGC的生物应用。