微米和纳米科技材料

自然纳米技术:用于nir ii成像的X射线激活长余辉纳米材料

长余辉发光不受背景自发荧光的影响,因此具有高对比度生物老化的前景。然而,目前用于体内成像的长余辉发光材料主要是块材晶体,其特征是尺寸和形态不均匀,发射波长短。

在这里,复旦大学,河北大学物理科学与技术学院,新加坡国立大学,天津大学国际学校的研究人员报告了一系列X射线激活的掺镧纳米颗粒,它们在第二个近红外窗口(NIR-II,1000–1700)。核壳工程可实现可调谐NIR-II持续发光,其在信噪比、体内多路编码和多级加密的准确性以及在解析小鼠腹部血管、肿瘤和深部组织中的输尿管方面优于NIR-II荧光,具有高达四倍的信噪比和三倍的清晰度。这些合理设计的纳米颗粒还允许内脏的高对比度多重成像和小鼠肿瘤的多模式NIR-II持续发光-磁共振-正电子发射断层成像。相关论文以题目为“X-ray-activated persistent luminescence nanomaterials for NIR-IIimaging”发表在Nature Nanotechnology期刊上。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41565-021-00922-3

具有低组织散射的第二近红外窗口中的光学成像由于其高灵敏度和高时空分辨率,在生物和医学科学中具有巨大的实用价值。最近,一项临床研究也强调了术中NIR-荧光(FL)成像和NIR-II图像引导手术的临床潜力。然而,由于不可避免的实时激发光导致的组织自动荧光背景,仍然存在限制,这影响了活体组织的成像质量和特异性,以及宽场成像中潜在的光诱导过热和不均匀照明。持续发光(PL)是一种独特的光学现象,在激发停止后可持续数分钟甚至数小时。因此,它有望应用于体内生物成像和生物传感,以及体内安全加密和信息存储。

然而,当前一代PL材料主要是大晶体,采用合成方法生长,包括在极高温度,缺乏纳米结构调制和表面特性可调性。可见光(400–700 nm)和第一近红外窗口中的发射使变得复杂,这阻碍了深部高对比度成像。另一方面,这些材料通常需要紫外线或可见光进行充电,这限制了它们的能量富集,尤其是在存在组织散射和吸收的情况下。相比之下,用于放射治疗和生物成像的高能X射线可以激活具有大带隙的材料并刺激PL,但发射仍然限于紫外线和可见光波段。迄今为止,在NIR-II窗口中具有可调谐发光的X射线激活纳米级PL材料以及用于活体成像的良好控制的多功能纳米结构的开发构成了一个显著的挑战,仍有待探索。(文:爱新觉罗星)

图1 | X射线激发的PL。

图2 | NIR-II采用多层PLNP的PL复用编码。

图3 |用于体内高对比度PL成像的X射线激活Ln-PLNP。

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