具有中空核壳结构的多功能稀土纳米荧光生物探针的设计示意图

随着生物医学的发展，肿瘤诊断与治疗的多功能结合（简称诊疗）已成为新趋势。为了实现精确诊断和高效治疗，诊疗剂往往需兼具肿瘤靶向性、多模成像和治疗等各种功能。上转换纳米材料在近红外光照射下发出可见光，可应用于生物成像，又能够激发其负载的光敏剂产生单线态氧进行光动力治疗，因此在发展非侵入性诊疗剂上具有重要应用前景。然而，目前此类上转换诊疗材料的光敏剂负载量低、易团聚猝灭，而且上转换纳米颗粒和光敏剂间的能量传递效率较低，这些问题已成为上转换纳米光敏剂在光动力学治疗的应用瓶颈。

       在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部“973”计划和重大科学仪器开发项目、中国科学院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下，中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，发展了一种具有中空核壳结构的多功能稀土纳米荧光生物探针。该材料由稀土掺杂上转换纳米颗粒β-NaLuF4:Gd/Yb/Er内核和多孔有机二氧化硅壳层构成；苯基骨架的引入和中空核壳结构的设计有利于光敏剂的负载，减少光敏剂的团聚，同时缩短光敏剂与上转换纳米颗粒的距离。利用此材料负载一种光敏剂单羧基酞菁锌，负载量达到7.7 wt%，能量传递效率高达98%；在980 nm激光照射下，该纳米探针的可见光发射敏化光敏剂产生单线态氧，实现对人肺癌细胞的光动力学治疗，其效果显著优于普通核壳结构材料或纯二氧化硅壳层材料。此外，该团队通过概念性验证实验，表明该材料可用于计算机断层扫描（CT）和上转换荧光的双模成像；进一步利用二氧化硅表面氨基连接尿激酶氨端片断后，能特异性识别癌细胞。因此该材料有望成为一种集多模成像和肿瘤靶向治疗于一体的新型多功能纳米诊疗材料。上述工作于6月26日正式发表在《德国应用化学》杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7915-7919），相关技术已申请了中国发明专利。

       此前，该团队在基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物检测以及上转换光动力学治疗方面已取得一些重要研究进展。例如，发展了一种基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析（DELBA）新方法，并实现对人体血清肿瘤标志物癌胚抗原（CEA）的超灵敏检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498）；研制了一种偶合稀土掺杂氟化钇锂纳米颗粒的新型上转换纳米光敏剂复合材料，并实现近红外光激发的肿瘤光动力学治疗（Nanoscale, 2014, 6, 8274-8282）。