上转换纳米材料在光动力疗法中的应用

西安瑞禧生物科技有限公司是国内一家知名的生物科技公司，专注于生产销售科研级别的药物传递和药物纳米靶向方面的产品。公司目前经营的产品主要有合成磷脂，PEG衍生物，共聚物，纳米金，磁性纳米颗粒，介孔二氧化硅，活性荧光染料，荧光量子点，点击化学等等。

上转换发光概念(upconversion，UC)，到20世纪90年代纳米技术引入，共同合成许多具有水溶性且发光效率较高的纳米级上转换新型功能无机材料。这一功能型上转换纳米材料，使生物医学领域里相应的诊断、治疗、监测、成像等获得发展与进程。

◆ UCNPs在PDT中的应用

光动力疗法(PDT)，是指用光敏药物和激光活化治疗肿瘤疾病的一种新方法。用特定波长照射肿瘤部位，能使选择性聚集在肿瘤组织的光敏药物活化，引发光化学反应破坏肿瘤。新一代光动力疗法(PDT)中的光敏药物会将能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧。单态氧能与附近的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性进而杀伤肿瘤细胞。

在PDT治疗技术中，光敏剂及其激发光是关键要素。激发光源必须具有光敏剂可吸收的频谱及能量，还要有一定的组织穿透力。但传统激发光不能充分穿透组织，使PDT只适用于浅部的肿瘤，而对深部的肿瘤无效，因此极大地限制了PDT在临床应用的范围。

UCNPs使PDT利用近红外光等组织穿透力强的光源用作激发光。克服传统PDT技术不能充分穿透组织的不足及限制，提高PDT治疗效果，拓宽其临床应用范围。

◆ UCNPs应用于PDT技术作用：

一：可利用低能量的近红外作为激发光源，通过上转换转变成能量较高的光，达到PDT光敏剂所需的频谱。由于近红外具有更深的光透射深度，可使PDT可用于更深组织的治疗。

二：UCNPs具有可调发光特性。能在PDT中使用更多不同的光敏剂种类。

三：UCNPs能够搭载光敏剂、进行磁性包覆、对癌细胞定位靶向治疗等，使得PDT治疗技术获得更精准的靶向性，从而提高其治疗效果。

◆ UCNPs应用于PDT的不足：主要包括上转换与光敏剂的能量转移效率低、释放时间可控性不高、释放部位难以控制、正常组织过热现象等不足。

◆ UCNPs应用于PDT的改进：

1.提高UCNPs与PS之间的能量转移效率

（1）改变距离：

   控制UCNPs的涂层厚度，缩小UCNPs和光敏剂两者间的距离，显著地提高了能量转移的效率

   控制UCNPs的结构类型，以达到减小UCNPs与光敏剂之间的距离提高能量转移效率的目的

（2）改变光敏剂：用UCNPs多频谱发光的特点。

2.改善PDT的激发光

利用近红外光(NIR)作为激发光源，可克服传统PDT技术的不足和限制。目前广泛研究应用的UCNPs是以Yb3+作为敏化剂的上转换纳米颗粒，而Yb3+离子的吸收峰位于975 nm附近，因此980 nm激光器是目前唯一合适的激发光源（如：水溶性上转换纳米颗粒（980激发））。

但用该类方法作为激发光源会导致生物样品过热效应，从而导致生物组织的损伤破坏，降低激发光源的穿透能力，并且Yb3+离子本身在红外波段的吸光能力并不强。为了使热效应最小化，亦可选择无机材料石墨碳氮化物量子点(CNQD)作为光敏剂。