上转换荧光纳米晶在深组织生物成像领域的应用及生物安全性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21401032
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    盖世丽
  • 依托单位：
    哈尔滨工程大学
  • 学科分类：
    B0502.无机功能材料化学
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Based on the fact that the imaging-guided personalized therapy will be the future development direction, this project is to study the application of rare earth based up-conversion luminescent nanocrystals in deep tissue imaging and biosafety systematically. So far, the as-reported up-conversion nanocrystals possess the disadvantages of low luminescence efficiency and limited penetration depth in biological tissues. Moreover, the research on biosafety was just sprouting, resulting in some inconsistent conclusion. The project is to prepare several kinds of up-conversion nanocrystals (such as NaGdF4:Yb,Nd,Tm@NaGdF4:Nd and (Na,Li)YF4:Yb,Tm@NaYF4@Au) by soft chemical routes, and the composition, size and structure of the nanocrystals will be finely tuned to improve their luminescence intensity and imaging sensitivity. Then, the methods of hydrophilic modification are designed to maintain or enhance the luminescence intensity of the nanocrystals, which is to solve the key problem of reduced luminescence intensity after hydrophilic modification. Third, the bioconjugation and link of biomolecule will be employed to achieve the targeting function. After that, the application of the up-conversion nanocrystals in deep tissue will be monitored and discovered in mice. Finally, precise evaluation of biosafety and systematical investigation of absorption, distribution, excretion, and toxicity of the nanocrystals in mice will be carried out. The project is to solve many shortcomings in this field, and thereby holds significant practical application value.
基于分子影像的个性化医疗将成为未来医学的发展方向，本项目拟系统研究稀土上转换荧光纳米晶在深组织生物成像领域的应用及其生物安全性。已报道的该类纳米晶存在荧光效率低和组织透深浅等不足，且纳米晶的安全性研究刚刚起步，分析结果多有矛盾。针对以上问题，本项目首先利用软化学法制备多种稀土上转换荧光纳米晶，如NaGdF4:Yb,Nd,Tm@NaGdF4:Nd和(Na,Li)YF4:Yb,Tm@NaYF4@Au；然后，通过调整纳米晶的组成、尺寸和结构等因素增强材料的荧光强度开发和优化纳米晶的亲水修饰方法，解决修饰后纳米晶发光强度低的关键问题，并利用生物缀合实现靶向定位功能；再以小鼠为研究对象，探索上述纳米晶在生物体内深组织成像领域的应用；最后进行生物安全性检测，系统深入的监测纳米晶在小鼠体内的吸收、分布、排泄和毒性情况。本课题拟解决本领域当前存在的诸多问题，具有较重要的理论研究和应用价值。

结项摘要

稀土发光材料由于具有物理化学性质稳定、发射谱狭窄、光色纯度高、发射波段宽、Stokes位移大、荧光寿命长等优点，在生物标记、生物成像方面具有潜在的应用前景。基于分子影像的个性化医疗将成为未来医学的发展方向，本项目拟系统研究稀土上转换荧光纳米晶在深组织生物成像领域的应用及其生物安全性。已报道的该类纳米晶存在荧光效率低和组织透深浅等不足，且纳米晶的安全性研究刚刚起步，分析结果多有矛盾。针对以上问题，本项目首先利用软化学法制备多种稀土上转换荧光纳米晶，如核壳结构NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Yb@NaNdF4:Yb@NaGdF4、Na5Lu9F32:Yb/Er@Au和808nm光激发的β-NaGdF4:Yb/Er@β-NaGdF4:Yb@β-NaNdF4:Yb；然后，通过调整纳米晶的组成、尺寸和结构等因素增强材料的荧光强度开发和优化纳米晶的亲水修饰方法，解决修饰后纳米晶发光强度低的关键问题。发现调整材料组成、结构和表面性质能消除荧光猝灭影响，构筑核壳结构、掺杂优化和基质调变等方法可将发光强度提高20~200倍，同时，揭示了上转换发光的能量传递机制。相关研究提升了国内发光材料的研究水平，完善了多功能组分的复合机制和方法。开展了稀土发光纳米材料的多模式生物成像研究，发现利用多功能稀土材料的不同组分能够实现单一粒子的多模式成像，据此提出利用多功能稀土材料实现单一粒子的高效上转换发光、核磁和CT多模式成像性质，并揭示了其在诊断和荧光监控领域应用的可行性。患癌小鼠注射UCMCs体系后CT值高达2189.2HU，与注射前相比CT成像信号提高约48倍，能够清晰分辨原来无法监测到的器官和组织，相关研究解决了单一模式成像分辨率、组织透深、对比度和敏感度等无法兼顾的难题，为疾病的全方位、立体化诊断提供了新方法。此外，将稀土发光纳米材料用于红外光诱发的、靶向、多模式光学治疗载体，揭示了单一多功能纳米粒子的多模式光学治疗性质。项目还研究了一类具有两个区间状态时变时滞的广义离散系统的新的有界实引理。

项目成果

期刊论文数量（46）
专著数量（0）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（0）
专利数量（6）
Dopamine-mediated photothermal theranostics combined with up-conversion platform under near infrared light.
近红外光下多巴胺介导的光热治疗结合上转换平台
  • DOI：
    10.1038/s41598-017-13284-5
  • 发表时间：
    2017-10-19
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Lv R;Yang P;Chen G;Gai S;Xu J;Prasad PN
  • 通讯作者：
    Prasad PN
Uniform fibrous-structured hollow mesoporous carbon spheres for high-performance supercapacitor electrodes
用于高性能超级电容器电极的均匀纤维结构中空介孔碳球
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2015.06.154
  • 发表时间：
    2015-09
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Yujin Chen;Fei He;Shili Gai;Piaoping Yang
  • 通讯作者：
    Piaoping Yang
Au-25 cluster functionalized metal-organic nanostructures for magnetically targeted photodynamic/photothermal therapy triggered by single wavelength 808 nm near-infrared light
Au-25簇功能化金属有机纳米结构用于单波长808 nm近红外光触发的磁靶向光动力/光热治疗
  • DOI：
    10.1039/c5nr06192j
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Yang Dan;Yang Guixin;Gai Shili;He Fei;An Guanghui;Dai Yunlu;Lv Ruichan;Yang Piaoping
  • 通讯作者：
    Yang Piaoping
Multifunctional Theranostics for Dual-Modal Photodynamic Synergistic Therapy via Stepwise Water Splitting
通过逐步水分解进行双模式光动力协同治疗的多功能治疗学
  • DOI：
    10.1021/acsami.6b15203
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Yang Dan;Yang Guixin;Gai Shili;He Fei;Li Chunxia;Yang Piaoping
  • 通讯作者：
    Yang Piaoping
Synthesis, luminescence, and anti-tumor properties of MgSiO3:Eu-DOX-DPP-RGD hollow microspheres
MgSiO3:Eu-DOX-DPP-RGD空心微球的合成、发光及抗肿瘤性能
  • DOI：
    10.1039/c5dt03604f
  • 发表时间：
    2015-01-01
  • 期刊：
    DALTON TRANSACTIONS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Lv, Ruichan;Zhong, Chongna;Yang, Piaoping
  • 通讯作者：
    Yang, Piaoping

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其他文献

稀土上转换荧光材料的发光性质调变及其应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    发光学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贺飞;盖世丽;杨飘萍;林君
  • 通讯作者：
    林君

其他文献

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超薄压电型Bi基声敏剂结构设计及高效声动力治疗研究
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    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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