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【Adv.Mater.】3倍亮度、15小时余辉：新型钛酸盐纳米探针开启肿瘤诊疗新时代 ​

在精准医学和多模态成像快速发展的背景下，科学家们正不断探索兼具诊断与治疗功能的纳米平台。近日，张等人在《Advanced Materials》发表研究，报道了一种通过Sn⁴⁺离子调控陷阱结构的Cr³⁺激活钛酸盐纳米磷光体（Na₀.₅Gd₀.₅TiO₃:Cr³⁺,Sn⁴⁺），不仅实现了3倍发光增强，还具备长达15小时的近红外余辉，展现出在肿瘤成像与治疗中的巨大潜力。

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文章信息 ​

📚文章标题：Sn4+-Mediated Trap Engineering in Cr3+-Activated Titanate Nanophosphors Enables Self-Sustained Multimodal Imaging and Combinatorial Oncotherapy 作者：Yuhua Wang等 期刊：Advanced Materials 链接：https://doi.org/10.1002/adma.202509657

一、背景：多模态成像与治疗的挑战 ​

多模态成像技术（如MRI、CT、PET等）在临床诊断中发挥着重要作用，但其高成本、复杂操作和辐射风险限制了广泛应用。相比之下，近红外荧光成像（NIRF）因其高分辨率、深组织穿透力和低自发荧光，成为理想的光学成像手段。然而，传统光学探针存在以下问题：

  • 发光波长多集中于可见光区域，穿透力差；
  • 粒径大、生物相容性差；
  • 需持续紫外激发，存在光毒性；
  • 多数材料仅支持单一成像模式，难以实现多模态诊断。

因此，开发具备长余辉、近红外发光、可多次激发且兼具治疗功能的新型纳米材料，成为当前研究热点。 image.png

二、材料设计：Sn⁴⁺调控陷阱结构，提升发光性能 ​

研究团队合成了Na₀.₅Gd₀.₅TiO₃:Cr³⁺,Sn⁴⁺纳米磷光体，采用Sn⁴⁺离子掺杂调控晶体陷阱结构，显著提升了材料的光学性能： image.png

  • 发光强度提升3倍：在最佳掺杂浓度（2.2% Sn⁴⁺）下，Cr³⁺的近红外发光强度显著增强；
  • 余辉时间延长至15小时：在365 nm紫外激发后，材料可持续发光超过半天；
  • 陷阱深度调控：Sn⁴⁺引入新的陷阱能级（396 K），增强电子捕获能力，延长余辉寿命；
  • 多波长激发能力：材料可在365 nm、405 nm、650 nm等多种波长下充能，适应不同生物环境。 image.png

通过热释光（TL）和XPS分析，研究者证实Sn⁴⁺掺杂引发氧空位增加，形成多种陷阱态，有效提升发光效率和持续时间。 image.png

三、纳米化与表面修饰：实现生物成像与药物递送 ​

为适应生物应用，研究团队采用共沉淀法制备了粒径约100 nm的纳米磷光体（LPLNPs-NGTOCS），并进行SiO₂包覆处理，赋予以下功能： image.png

  • 增强生物相容性：SiO₂包覆降低表面缺陷，提升细胞摄取率；
  • 稳定性强：在Hank’s液中浸泡7天后，发光强度仍保持77%以上；
  • 药物负载能力：SiO₂多孔结构可负载光敏剂Ce6或化疗药物DOX，实现光动力或化疗功能；
  • 多模态成像：材料具备近红外余辉、980 nm光激发发光及Gd³⁺赋予的MRI能力。

四、生物实验验证：成像清晰，治疗有效 ​

在小鼠体内实验中，LPLNPs-NGTOCS展现出优异的成像与治疗性能： image.png

  • 体内成像持续2.5小时以上：经365 nm或405 nm光激发后，材料在黑暗中持续发光，便于长时间追踪；
  • 980 nm激光激发响应迅速：适用于深部组织光热治疗；
  • 抗菌与抗肿瘤效果显著：
    • Ce6修饰后对金黄色葡萄球菌杀伤率达50%；
    • DOX修饰后对甲状腺癌细胞杀伤率达50%，在3D肿瘤球模型中表现出强烈的解体效应。

此外，材料在细胞毒性、免疫原性、溶血性等方面均表现出良好安全性，具备临床转化潜力。 image.png

五、结语：开启诊疗一体化新纪元 ​

本研究通过Sn⁴⁺调控陷阱工程，成功构建了一种具备“3倍亮度、15小时余辉”的Cr³⁺激活钛酸盐纳米磷光体，不仅实现了多模态成像（NIRF、MRI、光激发），还具备精准药物递送与治疗功能。其优异的光学性能、生物相容性与治疗效果，为未来肿瘤诊疗一体化提供了强有力的技术支撑。

在纳米医学的赛道上，这一材料无疑是“发光”的新星。