上?？萍即髮W(xué)朱幸俊課題組總結(jié)了鑭系發(fā)光納米復(fù)合材料(LLNs)用于活體溫度監(jiān)測(cè)的近期研究進(jìn)展，介紹了適用于活體的LLNs溫度傳感的工作機(jī)制和策略、LLNs溫度檢測(cè)探針的設(shè)計(jì)及非侵入溫度檢測(cè)在疾病診斷和治療中的應(yīng)用。
溫度是生物體最基本的生理指征之一，例如體細(xì)胞可通過自身的溫度感受器對(duì)環(huán)境溫度作出響應(yīng)，完成一系列生理學(xué)過程，而一些疾病因其異常的代謝率表現(xiàn)出了與正常組織不同的溫度，這使得溫度監(jiān)測(cè)在醫(yī)學(xué)診斷和治療方面具有重要意義。精確地反饋生物體內(nèi)的溫度能夠幫助人們了解生理過程的機(jī)制、診斷疾病和幫助制定治療策略。然而，基于侵入式熱探頭、熱像系統(tǒng)等的傳統(tǒng)測(cè)溫方法通常僅能測(cè)量物體的宏觀溫度或表面溫度，并且伴隨了空間分辨率較低、測(cè)溫范圍有限等問題。
基于上述生物體溫度檢測(cè)的需要，上海科技大學(xué)朱幸俊課題組梳理了近年以鑭系發(fā)光納米復(fù)合材料（LLNs）作為活體溫度監(jiān)測(cè)探針的研究工作。LLNs具有不閃爍、良好的光穩(wěn)定性、發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，且特定LLNs的發(fā)光信號(hào)與溫度呈現(xiàn)相關(guān)性，因而可用于溫度檢測(cè)。LLNs作為溫度探針能夠檢測(cè)微觀的熱傳遞過程，從而提升測(cè)溫的空間精度，并且發(fā)光信號(hào)可做到無(wú)損、非侵入性的測(cè)量。LLNs的溫度傳感機(jī)理包括了基于鑭系發(fā)光中心激發(fā)態(tài)的熱響應(yīng)分布、聲子輔助的鑭系離子間的能量轉(zhuǎn)移以及鑭系發(fā)光中心與聲子的馳豫作用。從具體的測(cè)溫方式來(lái)說，以LLNs發(fā)射強(qiáng)度的比率或者發(fā)光壽命（衰減時(shí)間）作為檢測(cè)信號(hào)較適合進(jìn)行活體溫度檢測(cè)，因?yàn)檫@兩種策略受生理環(huán)境的干擾更小，從而具有更高的測(cè)溫準(zhǔn)確性（圖1）。
目前已有多種LLNs體系被報(bào)道用于溫度檢測(cè)，包括Yb3+/Er3+，Ho3+/Yb3+，Tm3+/Yb3+，Nd3+/Yb3+共摻以及Nd3+單摻雜材料等，其溫敏發(fā)射波長(zhǎng)覆蓋了可見光（400-700 nm）以及近紅外生物光學(xué)窗口（700-2000 nm）。目前LLNs的測(cè)溫功能已在炎癥區(qū)域診斷、血流傳熱顯像、線粒體活性監(jiān)測(cè)、癌癥光熱治療溫度控制以及個(gè)體化癌癥治療輔助等生物醫(yī)學(xué)研究中得到應(yīng)用（圖2）。在LLNs溫度檢測(cè)體系不斷完善的同時(shí)，與其他功能材料的配合有望在生物體內(nèi)完成更多的復(fù)雜任務(wù)?；贚LNs的無(wú)創(chuàng)測(cè)溫技術(shù)在生命過程研究和生物醫(yī)學(xué)方面有著廣闊的應(yīng)用空間。
圖1. LLNs的溫度響應(yīng)發(fā)光原理。a. 服從布爾茲曼分布的熱耦合激發(fā)態(tài)。b. 聲子輔助鑭系離子間能量轉(zhuǎn)移。c. 鑭系離子與聲子的弛豫作用。基于LLNs發(fā)光的測(cè)溫方法。d. 不同發(fā)射波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率。e. 接近或相同發(fā)射波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率。f. 發(fā)光壽命。 圖2. 鑭系發(fā)光納米復(fù)合材料進(jìn)行活體溫度檢測(cè)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。a. 使用NaYF4:Nd和三重態(tài)-三重態(tài)湮滅分子的納米復(fù)合材料進(jìn)行比率型發(fā)光測(cè)溫用于炎癥診斷. b. 使用基于壽命測(cè)溫的Yb-Nd共摻雜LLNs對(duì)靜息、加熱和復(fù)原時(shí)的血管溫度成像. c.上轉(zhuǎn)換納米溫度計(jì)用于細(xì)胞中線粒體熱動(dòng)力學(xué)可視化. d. 使用Nd3+摻雜的LaF3納米顆粒監(jiān)測(cè)腫瘤光熱治療溫度. e. Er3+摻雜上轉(zhuǎn)換光熱納米復(fù)合材料用于光熱治療的微觀溫度監(jiān)測(cè)，以提高治療準(zhǔn)確性并調(diào)控聯(lián)合治療的步驟. f. 硅鉬酸鹽功能化的NaLuF4:Yb,Er@NaLuF4@NaLuF4:Nd納米復(fù)合材料用于個(gè)體化光熱療法的定制。 論文信息： Lanthanide luminescent nanocomposite for non-invasive temperature monitoring in vivo Na Kong, Qian Hu, Yukai Wu, Xingjun Zhu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202104237
