Nd3+离子敏化的荧光纳米探针用于近红外二区血管成像

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210580

摘要/Abstract

摘要：

近年来，相较于可见光（400~700 nm）和近红外一区光（700~1000 nm），生物组织对近红外二区光（NIR-Ⅱ： 1000~1700 nm）呈现更弱的吸收、散射以及更低的自体荧光，因此，近红外二区荧光成像具有更深的组织穿透能力、更高的成像信噪比和更高的空间分辨率等优势，在血管造影和淋巴管造影等方面具有重要的应用前景。本文利用高温共沉淀和外延生长法成功地制备了NaGdF₄∶Yb（18%，摩尔分数），Ho（2%），Ce（30%）@NaGdF₄，Nd（60%）@NaGdF₄，Nd（10%）核-壳-壳纳米材料（U/DNPs）。在808 nm激发光的照射下，不仅具有1056和1332 nm的下转换近红外二区荧光发射，而且具有较高红绿荧光强度比（I₆₄₇/I₅₄₀ = 22.6）的上转换红光发射，使得该材料在光动力学治疗中具有巨大的应用潜力。随后通过利用配体交换策略，成功修饰了聚乙烯吡咯烷酮（U/DNPs-PVP），使其具有良好的水溶性及生物安全性。在小鼠活体内荧光成像中，U/DNPs-PVP呈现优异的血管造影效果，其空间分辨率可达336.3 μm。

关键词: 稀土离子, 近红外二区, 荧光成像, 血管成像

Abstract:

In recent years， in comparison to the light in the visible range （400~700 nm） and first near-infrared window （NIR-Ⅰ， 700~1000 nm）， the light in the second near-infrared window （NIR-Ⅱ， 1000~1700 nm） possess the merits of the lowest optical scattering and absorption in the bio-tissue. So NIR-Ⅱ fluorescence imaging with deeper tissue penetration depths， high spatiotemporal resolution and signal to noise ratio （SNR） plays an important role in the fields of angiography， lymphangiography and so on. Herein， Nd³⁺sensitized fluorescent nanoprobe （U/DNPs， NaGdF₄∶Yb（18% mole fraction），Ho（2%），Ce（30%）@NaGdF₄，Nd（60%）@NaGdF₄，Nd（10%）） with core-shell-shell is synthesized through high-temperature coprecipitation and epitaxial growth method. Under the irradiation of 808 nm， the NIR-Ⅱ fluorescence at 1056 nm and 1332 nm are obtained via down-conversion process for further vascular imaging. Furthermore， it can emit red upconversion fluorescence with high red to green （R/G） ratio （I₆₄₇/I₅₄₀= 22.6）， possessing greatly potential application for photodynamic therapy. After successful modification of polyvinyl pyrrolidone （PVP） via ligand-exchange strategy， the U/DNPs-PVP nanomaterials possess excellent solubility in water and good biocompatibility， and can achieve the NIR-Ⅱ fluorescence vessels imaging with spatial resolution of 336.3 μm in vivo.

Key words: Rare earth ions, Second near-infrared window, Vascular imaging, Fluorescence imaging

中图分类号:

O614.33

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图/表 7

图1 不同结构和不同掺杂比例的纳米粒子在透射电子显微镜照射下的形貌图及其粒径分析统计图A. NaGdF4∶Yb（18%）， Ho（2%）， Ce（30%）； B. Core@NaGdF4，Nd（30%）； C. Core@NaGdF4，Nd（60%）； D. Core@NaGdF4，Nd（90%）； E. Core@NaGdF4，Nd（60%）@NaGdF4，Nd（10%）； F. Core@NaGdF4，Nd（60%）@NaNdF4.Nd（20%） Scale bars in A－E and F are 50 and 100 nm， respectively

Fig.1 TEM images and size distributions of nanoparticles with different structures and doped concentrations

图2 不同结构和不同掺杂比例的纳米粒子的XRD谱图

Fig.2 XRD patterns of nanoparticles with different structures and doped concentrations

图3 Core@NaGdF4，Nd（30%、60%和90%）核-壳结构纳米材料的上转换（A）和下转换（B）荧光谱图

Fig.3 The up-conversion emission （A） and down-conversion （B） spectra of Core@NaGdF4，Nd（30%， 60% and 90%） nanomaterials with core-shell structure

图4 Core@Shell及 Core@Shell@NaGdF4，Nd（10%和20%）核-壳-壳结构纳米材料的下转换荧光谱图

Fig.4 The down-conversion spectra of Core@Shell and Core@Shell@NaGdF4，Nd （10% and 20%） nano materials with core-shell-shell structure

图5 U/DNPs-PVP纳米材料的（A） FT-IR光谱、（B）水合粒径和（C） Zeta电势图

Fig.5 （A） FT-IR spectra，（B） hydrodynamic diameter and （C） Zeta potential of U/DNPs-PVP nanomaterials

图6 不同质量浓度的U/DNPs-PVP的细胞毒性实验（25、50、100、200和400 μg/mL）

Fig.6 The cell viability of U/DNPs-PVP with different mass concentration （25， 50， 100， 200 and 400 μg/mL）

图7 （A）尾静脉注射U/DNPs-PVP后，小鼠活体内近红外二区荧光成像图片。（B）和（C）血管横截面信号强度剖面图

Fig.7 （A） The NIR-Ⅱ imaging of U/DNPs-PVP in vivo. （B） and （C） The cross-sectional signal intensity profiles of vessels. Scale bars： 5 mm

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Nd³⁺离子敏化的荧光纳米探针用于近红外二区血管成像

Nd³⁺ Sensitized Fluorescent Nanoprobes for Vascular Imaging in the Second Near Infrared Window

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