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油溶性上转换荧光纳米颗粒，油酸修饰
上转换发光纳米颗粒在成像及生物应用
上转换发光纳米材料相对有机染料和量子点相比，具有很多特殊的优点，如高的化学稳定性、优异的光稳定性、窄带隙发射，另外在近红外激光激发下具有较强的组织穿透能力、对生物组织无损伤、无背景荧光的干扰，在生物医学等方面有着广泛的应用前景。尽管上转换发光纳米材料的基础研究已有多年，但在生命科学研究中的应用还比较少，主要是上转换发光纳米材料可控合成和表面修饰等因素。直到近几年来，随着纳米技术和生物技术的发展，上转换发光纳米材料在生物医学等各方面得到广泛的应用，主要在以下几个方面：
上转换纳米颗粒优异的特性，如发射峰尖锐(大半峰宽，FWHM <12 nm)，荧光寿命长(~ms)，优异的耐光性、无光闪烁、没有生物体的自体荧光，组织穿透能力强和成像过程中组织损伤小。上转换纳米探针被广泛的应用在生物成像中，包括小动物体内成像，肿瘤靶向成像，淋巴显像，血管成像、CT 成像和核磁成像等等。同时也被应用在各种生物模型中研究，包括细菌，C.线虫，小鼠，兔，甚至植物。对细菌和 C.线虫，细胞成像适用于执行其体内成像研究。
上转换发光纳米材料由于没有背景荧光的干扰，具有很高的成像灵敏度。2006年，Lim *将 50~150 nm 的 Y2O3:Yb/Er 上转换发光纳米材料用于线虫的培养(C. elegans)，并对线虫的肠做了成像分析。用 980  nm 激光作为激发光源，可以清晰的看到上转换发光纳米材料在线虫体内的分布，如图所示 。但是这些发光纳米材料的尺寸比较大，并且表面没有合适的官能团修饰，在细胞和动物水平成像很难得到进一步的发展。
2008 年，Prasad 等报道了注射 Na YF4:Yb,Tm  (78:20:2%)上转换发光纳米材料(直径在 20~30 nm)的 Balb/C 小鼠的活体成像，如图 所示，在 975 nm 激发下上转换发光纳米材料具有很强的荧光，材料从尾静脉注射后主要富集在肝脏等部位，没有背景荧光的干扰，从而明显突出上转换发光纳米材料在生物成像上的优势。
同时基于上转换发光纳米材料的成像技术在生物医学中也得到迅猛的发展。新加坡国立大学 Zhang[73,  74]等合成了硅包裹的上转换发光纳米材料用于细胞成像的荧光标记物，并且作为细胞示踪成像试剂，将标记的上转换发光纳米材料通过尾静脉注射到小鼠体内，观察到在小鼠的耳血管中发现有上转换发光纳米材料的信号。Hilderbrand 等报道了表面 PEG 修饰的上转换发光纳米材料用于小鼠的血管成像。近 Kobayashi 等报道了 PEG 修饰的 Na YF4:Yb,Er  和 Na YF4:Yb,Tm 两种上转换发光纳米材料用于淋巴循环成像。由于材料的尺寸和表面修饰等原因，纳米材料在淋巴结部位富集量比较少。Xu 等将 CEA8 抗体偶联到硅烷包裹的上转换发光纳米材料的表面用来特异性标记癌胚抗原表达的 Hela 细胞，并进行成像复旦大学 Li 课题组将对αvβ3 整合素受体高表达的 RGD 共价键偶联到上转换发光纳米材料的表面，在活体水平上实现了对 U87 肿瘤细胞的靶向，并且没有自发荧光的干扰，具有较高的组织穿透能力。
2：生物检测
近年来，基于荧光能量共振转移(FRET)原理的化学生物传感器在生物医学等领域中得到了广泛的应用。当给体与受体满足一定的条件，就可以实现 FRET，在检测中发挥了重要的作用。上转换发光纳米材料属于荧光材料中的一种，具有相类似的性质。将上转换发光纳米颗粒与金属纳米粒子(如 Au 纳米颗粒)或者与有机荧光基团偶联后就可以实现他们之间的
FRET，上转换发光纳米材料作为给体，而荧光基团或 Au 纳米颗粒作为受体，就可以设计高灵敏度的化学传感器用于生物分子检测。2005 年 Li 课题组早开展基于上转换发光纳米材料的 FRET 用于生物检测所示，生物素(biotin)连接的上转换发光纳米颗粒作为能量给体(donors)，而金纳米粒子作为能量受体(acceptors)。当亲和素(avidin)将 Au 纳米粒子和上转换发光纳米粒子相连时，就会导致上转换材料的荧光淬灭，淬灭的程度会随着发光纳米材料表面连接 Au 纳米粒子的数目增多而增加，由此来检测 avidin 的浓度。
3：基于上转换荧光的多模态成像
随着生物成像技术的发展，单一的成像模式已不再满足需求，亟需发展多模态成像技术。上转换荧光成像没有背景荧光的干扰，具有很高的成像灵敏度，同时在近红外光激发下具有较强的组织穿透能力，在生物医学成像中发挥了重要的优势，但是其成像所需要的时间比较长。而传统的下转换荧光成像如量子点和有机染料在成像时，具有严重的光漂白现象，需要高能量的紫外光激发，组织穿透能力差，还有本身较强的自发荧光干扰等缺点，成像灵敏度低，但是具有很高的荧光量子产率、发射光谱可调、并且成像所需要的时间短等优点在光学成像中同样发挥重要的作用。磁共振成像(MRI)主要是断层扫描，分为 T1 和 T2 效应，具有很强的组织穿透能力，但是成像的灵敏度较低。近发展起来的还有 CT  成像、PET-SPET 
成像等新型的成像方式。下面将以上转换荧光成像为基础，结合其他成像方式做一简单的总结。
4：新型的癌症光动力治疗
纳米材料由于具有很大的比表面积，可以作为药物输送载体。运用两亲性高分子修饰上转换发光纳米材料，在纳米材料和亲水端之间的疏水层可以吸附一些化学药物如阿霉素(DOX)再在其表面连接上一些靶向的基团如叶酸(FA)，可以实现靶向性的药物输送。同时中间的疏水层也可以吸附一些光敏分子实现新型的光动力治疗。光动力治疗是指一些药物(光敏分子)
在光照的条件下将吸附在周围的的氧转化为单线态氧或者是活性氧自由基，从而杀死肿瘤细胞。该方法大的优点是不会对病灶周围的组织造成损伤，毒副作用较小。许多课题组开展了基于上转换发光纳米材料在光动力治疗方面的研究。 Zn PC 吸附在上转换发光纳米材料的表面，然后在 980 nm 激光照射下通过FRET 的方式将上转换发光纳米晶的能量转移到
Zn PC 分子上，产生大量的单线态氧或活性氧自由基，在细胞水平上实现了光动力治疗，如图 所示。同样我们课题组也开展类似的工作，将光敏分子 Ce6 吸附在上转换发光纳米材料的表面，如图 所示，在激光的照射下同样也能产生大量的单线态氧，通过瘤内注射的方式在活体水平上有效抑制了肿瘤的生长。
5：上转换纳米颗粒用于肿瘤药物治疗
上转换纳米颗粒的光学特性以及其尖锐且可调节的发射峰让上转换纳米颗粒成
为药物传递和药物治疗的重要载体。它的特殊功能使他能克服传统探针所面临的各种问题，实现多样化治疗。
近年来，稀土上转换纳米探针已经被用于诊断治疗的研究中，其中上转换纳米探
针的发射峰可以作为光学信号研究，用来准确的确定诊断部位以及药物到达诊部位所需要的时间，以准确的定位发病部位和药物治疗所需要的时间，这就是所谓的“影像引导治疗”。凭借上转换纳米探针优异的组织渗透能力和优良的生物相容性，上转换发光介导的治疗中，利用其紫外光和可见光来进行诊疗比较常见。在各种治疗技术，光动力学疗法(PDT)和光热力学疗法(PTT)以其无辐射和优异的生物相容性，并且接近传统的化疗和放疗而被看好。在上转换纳米颗粒本身的治疗机制的基础上。还可以用上转换发光成像来引导光动力学疗法和光热力学疗法。
【德尔塔生物销售的上转换发光材料目录简介】：
稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒英文简称:UCNPS
产品可选择的近红外激发波长：700nm-1200nm
德尔塔生物可提供的Upconversion Luminescence Nanoparticles Material
产品名称：
SiO2包覆的稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，发射波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：50-100nm
PEG修饰的稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，发射波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：30-60nm
油溶性稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，发射波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：30-60nm
产品定价：
1：SiO2包覆稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：50-100nm
价格：2850/10mg    4550/25mg    7000/50mg
2: PEG修饰的稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：30-60nm
价格：2850/10mg    4550/25mg    7000/50mg
3: 油溶性稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒，发射波长：红、绿、蓝可选，颗粒直径：30-60nm
价格：2250/10mg    3850/25mg    6000/50mg
4:活性基团修饰的PEG稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒：
UCNPS-PEG-NH2           4800/10mg     7800/25mg
UCNPS-PEG-COOH          4800/10mg     7800/25mg
UCNPS-PEG-Biotin          4800/10mg     7800/25mg
UCNPS-PEG-NHS           4800/10mg     7800/25mg
UCNPS-PEG-Alkyl           4800/10mg     7800/25mg
UCNPS-PEG-N3            4800/10mg     7800/25mg
油溶性上转换荧光纳米颗粒，油酸修饰