荧光上上转换纳米粒子做近红外荧光探针
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用
稀土上转换发光纳米材料的制备及其在生物医学成像中的应用一、本文概述随着科技的快速发展，稀土上转换发光纳米材料（Upconversion Luminescent Nanomaterials, UCNMs）因其在生物医学成像领域的独特优势，日益受到研究者们的关注。
本文旨在深入探讨稀土上转换发光纳米材料的制备方法，并系统阐述其在生物医学成像中的应用。
我们将从材料合成的角度出发，详细介绍不同制备方法的优缺点，以及如何通过优化制备过程来提高纳米材料的性能。
我们还将重点分析稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像中的实际应用，包括其在细胞标记、活体成像以及疾病诊断等方面的最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解稀土上转换发光纳米材料在生物医学成像领域的发展现状和未来趋势。
二、稀土上转换发光纳米材料的制备稀土上转换发光纳米材料，作为一种独特的纳米发光材料，其独特的发光性质使其在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。
制备这种纳米材料的关键在于精确控制其组成、形貌和尺寸，以实现高效的上转换发光性能。
一般来说，稀土上转换发光纳米材料的制备主要包括以下几个步骤：选择合适的稀土离子作为发光中心，如Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等，这些离子具有丰富的能级结构和独特的发光特性。
选择合适的基质材料，如NaYF₄、NaLuF₄等，这些基质材料具有良好的化学稳定性和较高的声子能量，有利于实现高效的上转换发光。
在制备过程中，通常采用溶液法、热分解法、溶胶-凝胶法等化学方法来合成稀土上转换发光纳米材料。
其中，热分解法是一种常用的制备方法，它通过高温热解稀土离子的有机盐，得到高质量的纳米晶体。
为了进一步提高上转换发光性能，研究者还常常采用表面修饰、核壳结构等方法对纳米材料进行改性。
在制备过程中，还需要注意控制实验条件，如反应温度、反应时间、溶剂种类等，以实现对纳米材料形貌、尺寸和发光性能的有效调控。
上转换发光纳米技术在食品安全检测中的应用研究进展
上转换发光纳米技术在食品安全检测中的应用研究进展梁紫璐;毕水莲;黄琬淳【摘要】上转换发光纳米技术由于其具有灵敏度高、稳定性好、操作简单、不损伤样本且无背景荧光等诸多优点,正成为研究的热点.文章介绍了上转换发光纳米技术的发光材料、发光机制以及在食品安全检测中应用的最新进展.【期刊名称】《广东药学院学报》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】4页(P541-544)【关键词】上转换发光纳米技术;食品安全;检测【作者】梁紫璐;毕水莲;黄琬淳【作者单位】广东药学院公共卫生学院,广东广州510310;广东药学院食品科学学院,广东中山528458;广东药学院食品科学学院,广东中山528458【正文语种】中文【中图分类】R155食品安全问题是一个全球性话题，它不仅影响着人们的身体健康，甚至也影响着各国的经济和社会发展。
近年来，国内外有关食品安全恶性事件不断发生，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。
由此可见，尽早地发现食品存在的安全隐患，做好食品安全的检测工作，对于保障人体健康具有非常重要意义。
在食品安全检测方法方面，较多采用聚合酶链式反应（polymease chain reaction，PCR）、气相色谱-质谱法联用（gas chromatography-massspectrometry，GC-MS）［1］、高效毛细管电泳法（high performance capillary electrophoresis，HPCE）［2］、固相萃取-高效液相色谱法（solid phase extraction-high performance liquid chromatography，SPEHPLC）［3］等仪器分析检测方法。
这些方法要求对检测样本先进行提取、净化、浓缩和衍生化等前处理，而且样品前处理的过程也较为复杂、耗时费力、成本偏高。
相对于常用的检测方法，酶联免疫吸附技术（enzyme-linked immu-nosorbent assay，ELISA）［4］以及胶体金免疫层析法（immune colloidal gold technique，GICT）［5］等免疫学快速检测方法，可直接使用稀释样本或提取液来进行检测，因此减少了近70%的工作量。
生物荧光成像用分子与纳米探针
生物荧光成像用分子与纳米探针李世琴;安文汀;李荣霞;赵俊红;焦勇【摘要】生物荧光成像近年来发展迅速,应用广泛.荧光探针是其中的核心技术之一.有机染料、半导体量子点和上转换稀土纳米粒子是适用于生物荧光成像的三类主要的化学荧光探针.简要评述了这三类荧光探针的发光机制、典型的设计发展策略、主要的合成制备方法、以及生物成像应用实例.各类探针都在不断地改进、完善自身,呈现出优势互补,共同发展的格局.【期刊名称】《影像技术》【年(卷),期】2011(023)006【总页数】5页(P33-37)【关键词】荧光探针;有机染料;量子点;上转换稀土纳米粒子;生物成像【作者】李世琴;安文汀;李荣霞;赵俊红;焦勇【作者单位】山西大学分子科学研究所,太原030006;山西大学分子科学研究所,太原030006;山西大学分子科学研究所,太原030006;山西大学分子科学研究所,太原030006;山西大学分子科学研究所,太原030006【正文语种】中文【中图分类】Q631 引言生物成像是一个多学科交融、多技术集成、发展迅速、应用广泛的新兴领域。
以核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和计算机体层摄影(Computed Tomography,CT)为代表，生物医学成像在临床诊断上发挥着不可替代的重要作用［1］。
生物荧光成像是近年来发展较快、引人瞩目的生物成像方向之一。
荧光技术因其快捷、灵敏、重复性好、无放射性，多个光物理参量（如激发波长、发射波长、荧光强度、荧光寿命、发射各向异性）可用于检测等优点，在生命科学研究中获得了广泛应用［2-3］。
荧光探针是生物荧光成像的核心技术之一。
目前为止，荧光探针可大体上分为：（1）化学类：有机染料，纳米材料（含半导体量子点、上转换稀土纳米粒子、贵金属粒子、纳米钻石等），以及金属配合物（含稀土配合物）等；（2）生物类：藻胆蛋白，基因编码荧光蛋白（如Green Fluorescent Protein,GFP），分子灯标（Molecular Beacon，一类发卡结构的寡聚核苷酸荧光探针）等。
纳米荧光探针的制备与应用方法详解
纳米荧光探针的制备与应用方法详解纳米荧光探针是一种利用纳米材料与荧光技术相结合的新型材料，具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的特点，广泛应用于生物医学研究、环境监测、食品安全等领域。
本文将详细介绍纳米荧光探针的制备方法和应用方法。
一、纳米荧光探针的制备方法1. 化学合成法：化学合成法是制备纳米荧光探针最常用的方法之一。
它通常通过在纳米粒子的表面修饰上特定的荧光标记分子，例如荧光染料、量子点等，使纳米粒子获得特定的发光性能。
合成过程包括原料选择、反应条件优化、表面修饰和纳米材料的后处理等步骤。
2. 生物合成法：生物合成法是利用生物体（微生物、真菌等）的代谢活性合成纳米荧光探针。
通过选择合适的生物体和培养条件，调控生物体的生长过程，使其合成出具有荧光性能的纳米材料。
生物合成法具有绿色环保、低成本和易于控制等优点，因此在纳米荧光探针制备中得到了广泛应用。
3. 载体修饰法：载体修饰法是将已经合成的纳米材料与荧光标记分子进行配对，并在纳米材料表面进行修饰，以实现纳米荧光探针的制备。
这种方法能够充分利用已有的纳米材料，在保持纳米材料原有性能的同时，实现对荧光标记分子的控制，具有较高的灵活性和可操作性。
二、纳米荧光探针的应用方法1. 生物传感器：纳米荧光探针可以作为生物传感器用于检测和分析生物样品中的目标分子。
通过将纳米荧光探针与目标分子结合，利用探针的荧光性能变化来实现对目标分子的定量分析。
生物传感器广泛应用于医学诊断、环境监测和食品安全等领域，并展示出高灵敏度和高选择性的优势。
2. 细胞成像：纳米荧光探针具有较小的体积和较好的生物相容性，可以进入细胞内部并与目标分子结合，用于细胞成像。
通过控制纳米荧光探针的发光性能，可以实现对细胞生物学过程的实时监测和研究。
细胞成像技术在癌症治疗、药物研发和基因治疗等方面具有重要的应用价值。
3. 环境监测：纳米荧光探针可以用于环境监测领域，用于检测水体、土壤和大气等环境中的污染物。
近红外荧光探针原理
近红外荧光探针原理
近红外荧光探针是一种较为常见的类型，其作用原理是在特定波长激发下产生荧光信号，从而实现对目标分子的可视化。
近红外荧光探针常见的设计机理包括光致电子转移（PET）、激发态分子内质子转移（ESIPT）、荧光共振能量转移（FRET）、通过键能量转移（Tbet）、内部电荷转移（ICT）、扭曲分子内电荷转移（TICT）和聚集诱导发射（AIE）。
以PET为例，当探针在合适的波长上被激发时，占据最高分子轨道（HOMO）中的电子被转移到最低分子轨道（LUMO）。
由于受体基团的HOMO能级位于被激发荧光团的两个能级之间，荧光团中LUMO中的电子无法返回到原来的HOMO，导致荧光猝灭现象。
当受体基团与分析物形成络合物时，识别基团的HOMO能级低于荧光团的HOMO能级，从而抑制PET过程，荧光团的电子返回到HOMO水平，荧光被恢复。
上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用
上转换发光纳米材料的制备及其在传感器中的应用上转换发光纳米材料由于其发光效率高、发光寿命长、发射峰窄、Stokes 位移大、化学稳定好、细胞毒性小、背景干扰小和几乎不存在光漂白等优点,被广泛用于离子和分子检测、生物标记、细胞成像及活体检测中。
与普通的下转换纳米材料相比,该上转换纳米材料是用低能量的近红外光激发,发射高能量的可见光,因此,对生物组织伤害小,而且穿透能力强,是理想的荧光材料。
本文以检测亚硝酸根为目的,建立了一种基于上转换发光的比率荧光法,提高了检测的准确度和灵敏度,并且在实际样品检测中得到了很好的应用。
第一章主要概述了上转换纳米粒子的发光机理、制备方法、表面功能化以及其在传感器方面的诸多应用。
第二章,我们通过高温法制备了NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子(UCNPs),由于表面有油酸覆盖,该纳米粒子只溶于环己烷,氯仿和甲苯等有机溶剂中。
因此,我们又采用配体交换法,用聚丙烯酸(PAA)替代表面的油酸,将其转化为水溶性。
同时我们通过改变掺杂离子,制备了发蓝光的NaYF4:Yb,Tm和发绿光的NaYF4:Yb，Ho。
最后通过透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线粉末衍射仪、红外光谱仪以及荧光光谱仪对所合成的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒进行表征,实验结果表明,所合成的上转换纳米粒子在水溶液中具有很好的分散性,发光效率高而且发光稳定好。
第三章,我们用所合成的NaYF4纳米颗粒作为探针,借助染料中性红和亚硝酸根之间的特异性反应,选择性打开NaYF4:Yb,Er位于539nm处的发射峰,而位于654nm处的发射峰保持不变,由此构建了一种比率荧光法快速准确地实现了亚硝酸根的定量分析。
结果表明I539/I654与亚硝酸根浓度在一定范围内呈线性关系,其最低检测线可以达到0.2ppm,并且实现了过程中从红色到橘黄色最后到绿色的多色调控。
另外,在自来水、湖水及肉制品等实际样品中亚硝酸盐的检测上也得到了令人满意的结果。
上转换荧光纳米探针的制备及其在染料检测上的应用
上转换荧光纳米探针的制备及其在染料检测上的应用【摘要】本文通过溶剂热法，成功地制备了Yb3+和Er3+共掺杂的NaGdF4上转换纳米晶。
它具有特殊的发光性能，经过表面修饰后，该纳米晶具有良好的生物兼容性，被应用到检测罗丹明B染料上。
结果表明，上转换纳米晶和罗丹明B结合，发生共振能量转移，为检测染料提供了一种新的高效途径。
【关键词】上转换纳米晶；制备；染料0 引言随着生物物理、生物化学、生命科学和医学的不断发展，依赖成像技术进行初步地诊断病情和科学研究的程度越来越深[1]。
由于X射线等成像技术存在辐射大、仪器昂贵等缺点，这就促使了纳米探针的发展。
在纳米探针中，上转换纳米探针是目前国内外研究热点，它所具有的特殊的发光性能。
在生物成像和检测领域都有巨大的应用价值。
近些年，有机染料污染对一些水生物来至人类的健康生活构成极大的威胁，因此找到一种快速且高效的检测有机染料的方法十分必要且价值巨大。
本文主要应用NaGdF4：Yb，Er上转换纳米晶对有机染料罗丹明B进行检测，并对其形态和结构进一步地进行了研究。
1 实验制备和结构表征1.1 试剂与仪器实验中使用的氯化钆（99.9%），氯化镱（99.9%），氯化铒（99.9%），氢氧化钠（≥98%），氟化铵（≥98%），甲醇（99.5%），十八烯（90%），油酸（90%）是从Sigma Aldrich 购买。
所有的试剂都直接用于化学反应，未经进一步的提纯处理。
1.2 样品制备采用热溶剂法制备稀土离子Yb3+和Er3+掺杂的NaGdF4纳米晶：2mL RECl（0.2 M，RE= Lu，Yb and Er）的水溶液被添加3到12ml 十八烯和4ml油酸的混合液中。
混合物在加热30min后被加入5ml NH4F （1.5mmol）和NaOH （1mmol）甲醇溶液，随后加热蒸发掉甲醇和水，再加热到310°C 持续加热60min 后冷却。
将产物用乙醇清洗3 次后分散在环己烷溶液中保存。
可检测肿瘤细胞GSH浓度的光学探针及其设备制作方法和应用与相关技术
一种可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针，为MnO2ICG光学探针，利用MnO2装载吲哚菁绿ICG时猝灭吲哚菁绿ICG在近红外二区的荧光，再利用肿瘤细胞谷胱甘肽GSH和MnO2之间的氧化还原反应，使装载在MnO2的吲哚菁绿ICG的荧光进行恢复。
本技术探针制备简单易操作，且原理基于GSH使纳米探针可以快速且有效的荧光恢复，从而通过近红外荧光成像快速且高效的检测标记肿瘤细胞。
此方法具有独创性且实用性很高。
技术要求1.一种可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针，其特征在于为MnO2-ICG光学探针，利用MnO2装载吲哚菁绿ICG时猝灭吲哚菁绿ICG在近红外二区的荧光，再利用肿瘤细胞谷胱甘肽GSH和MnO2之间的氧化还原反应，使装载在MnO2的吲哚菁绿ICG的荧光进行恢复。
2.根据权利要求1所述的可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针的制备方法，其特征在于由以下工艺得到的：a、采用静置混合KMnO4和聚烯丙胺盐酸盐PAH的方法制备纳米材料MnO2；b、使用EDC/NHS作为偶联剂，将吲哚菁绿ICG溶于水后与MnO2搅拌使吲哚菁绿ICG装载到MnO2得到MnO2-ICG光学探针。
3.根据权利要求2所述的可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针的制备方法，其特征在于：所述步骤a中纳米材料MnO2的制备方法为，直接将KMnO4和还原剂PAH混合静置15-20分钟得到纳米材料MnO2。
4.根据权利要求2或3所述的可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，采用18ml浓度为3.5mg/ml的KMnO4和2ml浓度为37.4mg/ml的聚烯丙胺盐酸盐PAH静置混合15-20min即可得到MnO2，然后使用150000-180000r/min离心机离心5-8min去除大于100nm的颗MnO2颗粒。
5.根据权利要求4所述的可检测肿瘤细胞谷胱甘肽GSH浓度的光学探针的制备方法，其特征在于：所述步骤b中取1ml溶于水的浓度为10mg/ml吲哚菁绿ICG与离心得到的MnO2搅拌3-5小时，搅拌过程中加入EDC/NHS作为偶联剂，其中MnO2与EDC/NHS偶联剂的质量比为1:5-10，最终得到的溶液使用15ml-30KD的超滤管在8000-10000r/min下离心8-10min得到MnO2-ICG光学探针。
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荧光上上转换纳米粒子做近红外荧光探针
由于在生物医学研究和临床治疗上的需求，光学成像技术在生物成像的应用方面发展迅猛，各种新手段、新材料、新方法不断涌现。
近年来，随着各种功能强大的荧光探针的快速发展（如半导体纳米粒子、荧光蛋白、荧光有机分子等），光学成像技术已经越来越广泛的应用于生物体内成像研究。
但是，由于需要光作为成像的信息源，生物组织对光的高散射和高吸收成为制约光学成像技术在生物体内成像的主要障碍。
一般来讲，生物组织对可见区（350-700nm）和红外区（>1000nm）具有最强的吸收。
相反，生物组织对近红外区（650-1000nm）光的吸收最少，因此近红外光可以穿透生物组织的距离最大。
采用近红外荧光探针可以对深层的组织和器官进行探测和成像，这是可见区荧光探针所不能比拟的。
我们在设计新一代荧光探针时必须考虑如何将探针的激发光和发射光调控到近红外区。
迄今为止，近红外荧光探针的种类非常有限，几乎全部属于有机荧光染料，而有机荧光染料作为生物体内荧光探针有很多缺点：第一，有机荧光染料容易被光漂白，不能长时间使用；第二，有机染料不适合同时多色成像，大多数染料只能被特定的波长有效激发，需要多个激发光源才能实现多色显示；第三，激发和发射波长不够稳定，容易随周围环境（如PH、温度等）而变化。
为了克服这些缺点，人们正在发展用无机荧光纳米半导体粒子（量子点）来作为新一代荧光探针。
与有机荧光染料相比，量子点具有很多优势：首先，量子点具有宽带吸收峰和很窄的发射峰，通过控制粒径可以得到从紫光到近红外的各种发光；其次，具有很高的荧光量子产率，发光稳定，不易被光漂白；并且，量子点容易实现修饰，可以在表面修饰各种有机分子和生物分子，进行生物检测和成像，一个量子点还可以修饰很多靶向分子。
目前，发射近红外光的CdTe， CdS，HgS和CdSe 量子点已经作为近红外荧光探针应用在近红外生物细胞和组织成像研究上。
然而，目前采用的这些量子点在生物成像中仍然存在一些问题。
最主要的问题就是量子点的毒性，如量子点中含有的Cd, P和Hg等均对生物体有很大伤害。
此外，量子点需要高能量的紫外或近紫外光激发，在采集荧光探针信号的同时，生物组织在高能量光源的激发下的产生自身荧光也会极大干扰荧光探针的信号，造成信噪比变差，从而不能检测深层生物组织的信号。
长时间暴露在高能光源下还会造成生物组织的光损伤、蛋白质破坏和细胞死亡等。
因此，开发新一代近红外荧光纳米粒子必须满足以下几个条件：
<!--[if !supportLists]-->1.<!--[endif]-->制备方法简便，绿色无污染，原料成本低。
<!--[if !supportLists]-->2.<!--[endif]-->发光稳定，不会被光漂白。
<!--[if !supportLists]-->3.<!--[endif]-->荧光量子产率高。
<!--[if !supportLists]-->4.<!--[endif]-->不含或极少含有毒物质，对生物体无毒害或危害极小。
<!--[if !supportLists]-->5.<!--[endif]-->发射光必须在650-1000nm的近红外区。
<!--[if !supportLists]-->6.<!--[endif]-->在体内、体外都能稳定存在，容易修饰生物分子，有良好的生物兼容性和生物环境下的分散性。
<!--[if !supportLists]-->7.<!--[endif]-->不需高能量光激发。
荧光上转换纳米粒子恰恰可以满足这些要求。
荧光上转换纳米粒子吸收两个或两个以上的红外光子，发射一个可见光子或近红外光子。
通过改变掺杂离子浓度，可以实现从紫光到近红外的发光调控。
与量子点和有机荧光染料相比，荧光上转换纳米材料具有化学稳定性好、荧光量子产率高、毒性低、不会产生背景荧光、信噪比好等特点。
最重要的是，荧光上转换纳米粒子的激发光为红外光（980nm），这个波段的光在生物组织和血液中的吸收极低，是人体的透明窗口，因此可以用于检测更深层的生物组织情况，且不会对生物组织产生光损伤。
此外，红外激光器小巧紧凑、功率高、价格低廉，为荧光上转换纳米粒子的实际应用提供了良好的条件。
以上这些优点使得荧光上转换纳米粒子在生物分析，特别是在生物体内成像上有着广阔的应用前景。