稀土上转换纳米粒子表面功能化的一般方法

摘要：上转换纳米颗粒由于其独特的光学性能可以在生物、医学方面有非常高的应用价值。但是，一般上转换纳米粒子表面覆盖了一层疏水的配体，阻碍了在生物方面的进一步应用。本文论述了上转换纳米粒子表面功能化的一般方法和生物应用。

关键词：UCNPS、表面功能化、生物应用

引言：

镧系元素为基础的上转换纳米颗粒，较为典型的有NaMF4：Yb3 /Ln3 （M=Y或Gd，Ln=Er或Tm），它们均能将近红外激发转换为可调的短波发光，波长范围从深紫外到近红外，其高光化学稳定性、毒性小、长荧光寿命、吸收和发射带都很窄以及可调谐荧光发射波长等特点吸引了来自于生物成像、治疗学、光电学等领域的研究者的关注。由于其可调的多色发光，优异的光稳定性、深的组织穿透能力、毒性小、长荧光寿命、吸收和发射带都很窄以及可调谐荧光发射波长和对自发荧光的抑制等独特的性质，在生物方面具有广阔的前景，可应用于生物传感、细胞成像、活体的成像、肿瘤靶向成像、药物运输等多个领域。

但制备水相分散的、生物相容的和功能化的上转换纳米颗粒依然面临巨大的挑战，因为它们通常都为惰性的配体所包覆。目前，在合成稀土离子掺杂的上转换纳米粒子最常用的方法中，所用的配体主要为油酸，加入其它的高温溶剂如十八烯、油胺等，由于这些配体的表面含有大量的长烷基链，使得到的上转换纳米粒子不能有效的分散在水溶液中，从而大大地限制了纳米粒子在生物医药领域中的应用，并且由于表面缺少一些可与生物分子相连的活性基团。为了克服这一限制，研究者付出了大量努力：目前的表面修饰法主要有SiO2包裹法、配体氧化法、配体交换法、层层自组装法等，这些是最基本的将稀土上转换纳米颗粒由疏水性转变为亲水性的方法。但同时可利用这些方法，用其它的分子功能化上转换纳米颗粒，如：DNA、抗体、共轭生物分子生物素、叶酸、多肽等，以此实现上转换纳米颗粒的进一步功能化，具备靶向识别功能。

1亲水性改进：

首先，通过溶剂热法制备上转换纳米粒子的过程中，配体油酸 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH会在大约160℃的温度下与上转换纳米粒子表面的稀土离子形成配位键，非极性基团裸露于纳米颗粒外围，产生疏水作用，不具有很好的水相稳定性和生物相容性。