800 nm近红外光控镧系掺杂分子探针的上转换/NIR II双模光学成像应用于乳腺癌早诊研究
批准号:
81801744
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
吕锐婵
依托单位:
学科分类:
医学光学成像
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖历杨、冯淼、蒋雪、杨凡
中文摘要
无机上转换镧系掺杂探针具有低毒、性能稳定、灵敏度高、零背景干扰、抗光漂白等优势,在生物光子、生物成像和诊疗领域具有重要影响。目前镧系掺杂光学分子探针存在着“转换效率不高、穿透性有限、长期毒性不明朗”等问题,在本项目中申请者拟从以下三个方面进行研究:(1)构造镧系-金属复合探针,用离散偶极子模拟算法指导探针的结构、形貌和尺寸,提高激发源为800 nm激光的上转换材料的发光效率。(2)探究激发源为800 nm的NIR II荧光成像,实现在单光源800 nm激光激发下的上转化可见光(灵敏度高)和NIR II荧光(穿透性深)的双模成像模式。(3)在以上研究基础上,将镧系掺杂无机内核包覆可降解外壳,探究探针在人体的流转和排泄方式,实现生物相容性好、在细胞内可降解,并担载靶向分子,评估其应用于乳腺癌早诊的准确性和灵敏度。
英文摘要
The inorganic lanthanide-doped up-conversion probes have some typical and obvious advantages, such as, low toxicity, stable chemical and physical properties, high sensitivity, negligible background signal, and resistance to photo-bleaching, thus have a positive impact on the biophotonic, bioimaging, and theranostic fields. However, there are still some problems to be resolved referred to lanthanide-doped optical molecular probes: low conversion efficiency, low penetrating depth, and uncertain long-term toxicity, etc. In this project, I intend to do the following work: (1) To instruct the lanthanide-gold hybrid with different structures, morphologies, and sizes guided by the discrete dipole simulation (DDA), the hybrid would have improved up-conversion luminescence efficiency under the excitation of near-infrared (NIR) laser of 800 nm. (2) To realize the up-conversion and NIR II dual-modal imaging in the single probe under single excitation of 800 nm laser, the new probe may have good sensitivity and high penetration depth. (3) To explore the inorganic core/biodegradable shell probe on basis of the hybrid above and evaluate the circulation and excretion of the final probe in vivo, the final probe should have biocompatible, biodegradable, and cancer-targeted properties in cells and tissues, and could be applied in the clinical breast cancer early-detection with high accuracy and sensitivity.
乳腺癌仍是女性最严重的肿瘤类型,严重危害人类健康。本项目围绕肿瘤诊疗这一重大难题,实现了800 nm激发下具有“高灵敏性、特异性、稳定性”的上转换UCL/近二NIR II双模光学探针,并用于肿瘤早诊、术中导航及辅助治疗。(1)使用离散偶极近似算法(DDA)指导金属掺杂稀土复合探针。采用碱金属/碱土金属掺杂使得Yb,Er的红光增强,采用不同尺寸、形状、结构的金颗粒对稀土上转换发光调制,并使用DDA算法对Au颗粒的表面等离子共振(SPR)峰位置及在不同激发光波长条件下的光强进行模拟预测,与实际测得的数据有很好的一致性,并根据预测结果来指导稀土/金的复合结构,从而改变稀土掺杂发光材料的荧光强度和寿命。(2)采用元启发式算法优化稀土掺杂元素及比例。采用十进制编码方式对发光粉掺杂元素编码,Matlab实现遗传算法的计算、发光粉亮度读取,采用共沉淀法合成发光粉,实现遗传算法与材料组合化学的结合。用支持向量机SVM机器学习方法对发光稳定性和掺杂元素重要性进行分类判断。优化后的高性能探针具有上转换可见光和下转换NIR II双模成像。(3)有机-无机复合靶向探针用于光引导协同治疗(光动力、光热、免疫治疗等)。采用多种无机/有机复合材料,通过修饰温度/pH/乏氧响应聚合物及仿生结构(外泌体、囊泡等),使得探针能够主动识别并富集在病灶部位,并在肿瘤细胞内释放药物,减少对正常细胞的损伤。增强的明亮上转换红色可见光用于显示位置信息,并用于光协同免疫治疗(刺激免疫激活、与免疫检查点抑制剂抗体联用等)。(4)实现对小鼠微小瘤、原位瘤、转移瘤成像及术中导航,并在病人离体组织进行标记,助推显影剂进入临床。通过增强滞留渗透(EPR)效应被动靶向、肿瘤微环境特异响应主动靶向、多肽/抗体偶联等靶向策略,可实现在特定肿瘤细胞的靶向聚集及初步手术导航。
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DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
发光学报
影响因子:
--
作者:
[吕锐婵, 王燕兴, 杨凡, 陈朝晖, 田捷, 林君]
通讯作者:
林君
An optimized lanthanide-chlorophyll nanocomposite for dual-modal imaging-guided surgery navigation and anti-cancer theranostics
用于双模态成像引导手术导航和抗癌治疗诊断的优化镧系元素-叶绿素纳米复合材料
DOI:
10.1039/c9bm02057h
发表时间:
2020
期刊:
Biomater. Sci.
影响因子:
--
作者:
[Wang Yanxing, Lu Wei-Dong, Lin Bi, Yang Fan, Feng Miao, Lv Ruichan]
通讯作者:
Lv Ruichan
Degradable magnetic-response photoacoustic/up-conversion luminescence imaging-guided photodynamic/photothermal antitumor therapy
可降解磁响应光声/上转换发光成像引导光动力/光热抗肿瘤治疗。
DOI:
10.1039/c9bm00853e
发表时间:
2019-11-01
期刊:
BIOMATERIALS SCIENCE
影响因子:
6.6
作者:
[Lv, Ruichan, Jiang, Xue, Tian, Jie]
通讯作者:
Tian, Jie
Optimized Multimetal Sensitized Phosphor for Enhanced Red Up-Conversion Luminescence by Machine Learning
通过机器学习优化多金属敏化荧光粉以增强红色上转换发光
DOI:
10.1021/acscombsci.0c00035
发表时间:
2020
期刊:
ACS Comb. Sci.
影响因子:
--
作者:
[Yang Fan, Wang Yanxing, Jiang Xue, Lin Bi, Lv Ruichan]
通讯作者:
Lv Ruichan
A Magnified Adaptive Feature Pyramid Network for automatic microaneurysms detection.
用于自动微动脉瘤检测的放大自适应特征金字塔网络。
DOI:
10.1016/j.compbiomed.2021.105000
发表时间:
2021
期刊:
Comput. Biol. Med.
影响因子:
--
作者:
[Sun Song, Cao Zhicheng, Liao Dingying, Lv Ruichan]
通讯作者:
Lv Ruichan
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