陈学元课题组《德国应用化学》：用于肿瘤靶向发光示踪的氧化石墨烯修饰稀土纳米探针

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稀土发光纳米晶由于可以在近红外光激发下产生上转换/下转移发光，具有发光寿命长、量子产率高和发光波长可调等优点，在体外诊断与医学影像研究中受到广泛关注。目前稀土纳米晶的可控合成与发光调控已经取得了较好的发展，但是高质量的稀土纳米晶通常在油相中合成，如何将油相分散的稀土纳米晶设计成具有良好水溶性、生物相容性以及探针识别能力的纳米探针仍然存在诸多挑战。

　　中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装重点实验室陈学元团队与福州大学化学学院杨黄浩团队合作，在中科院战略性先导科技专项、中科院创新国际团队和国家自然科学基金等支持下，提出通过氧化石墨烯修饰稀土纳米晶的探针功能化新策略，实现了高灵敏的肿瘤靶向可见-近红外二区发光成像。团队通过优化稀土纳米晶的壳层结构与氧化石墨烯的尺寸大小，获得了单分散的、具有高效上转换/下转移发光性能的氧化石墨烯包覆稀土纳米晶二元纳米结构（NCs@GO，图1）。利用氧化石墨烯的两亲性、高比表面积和丰富官能团等理化性质，NCs@GO不仅具有广谱溶剂分散性和优异的生物相容性，也可以通过简单的非共价键修饰进一步与核酸、蛋白质或纳米颗粒偶联实现探针功能化。团队利用NCs@GO成功实现了肿瘤细胞内纳米探针实时定位追踪和microRNA可视化成像，以及小鼠肿瘤靶向的无背景高灵敏近红外二区发光成像。该工作为具有特殊表面性质与生物功能的稀土发光纳米探针的设计提供了新思路，将推动新型纳米探针在肿瘤诊疗中的应用。相关结果10月11日以全文形式在线发表在《德国应用化学》杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201909416），福建物构所博士后宋晓荣（现为福州大学副研究员）是该论文的第一作者。
　　此前，陈学元团队在稀土荧光生物探针和肿瘤诊疗纳米药物的设计、合成及应用中已取得系列进展。例如，发展了高效LiLuF4:Yb,Tm等多层核壳结构发光稀土纳米晶，实现肿瘤靶向荧光成像（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15083；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498；2015, 54, 7915）；研制了时间分辨稀土纳米荧光探针，首次实现全血中循环肿瘤细胞的高灵敏直接检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 12195）。
      
       陈学元，男，籍贯福建建瓯，研究员，博士生导师。1993年毕业于中国科技大学材料科学与工程系，1998年获中科院福建物质结构研究所物理化学专业理学博士学位。2001-2005年在美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）化学部从事博士后研究。2005年入选中国科学院"百人计划"回国工作。2013年获得国家杰出青年科学基金。入选国务院政府特殊津贴专家（2014），首批福建省科技创新领军人才（2014），科技部中青年科技创新领军人才（2014），国家“万人计划”科技创新领军人才（2016），福建省第五批引进高层次创业创新人才（2017）。近年来致力于发光材料电子结构与性能研究，在无机发光材料控制合成、电子结构、光学性能及应用取得重要进展，已在Nature Photonics, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等刊物发表SCI论文140多篇，被他人引用六千多次，15篇论文入选近十年化学、材料和物理领域ESI高被引频次论文（top 1%）；出版《稀土纳米发光材料：从基础到生物应用》等Springer英文专著2部，专章6篇；申请国内外发明专利34项（授权19项）。系列研究成果分别入选年度 “中国光学重要成果” （2010，2011，2013，2014，2016）和 “中国稀土十大科技新闻”（2011，2014，2015，2016）。


        杨黄浩，男，福州大学教授，博士生导师。1975年生，2002年获厦门大学博士学位，同年进入香港科技大学从事博士后研究。2004年被聘任为国家海洋局第一海洋研究所责任研究员。2007年作为访问教授在美国佛罗里达大学化学系谭蔚泓教授课题组进行一年的合作研究。2008年9月进入福州大学工作，并被聘为福建省“闽江学者特聘教授”。 2011年度国家杰出青年科学基金获得者。  2012年度教育部长江学者特聘教授。 2013年度国家万人计划科技创新领军人才。2014年度国家百千万人才工程人选，国家有突出贡献中青年专家。2015年度全国先进工作者。