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集氣放大絕招及辨視細胞

110/09/30 瀏覽次數 37

上轉換納米粒子 (Upconversion Nanoparticles, UCNPs)

上轉換,簡單來說就是集氣放大絕招的概念。UCNPs 可以透過吸收低能量光子來釋放高能量光子,不同於光激發螢光是一個光子進一個光子出,且出的能量一定比入的少,上轉換可以一次蒐集兩個光子,並發出一個能量比兩個入射光都大的光子。上轉換與光激發螢光的不同關鍵是待在激發態的時間長短,如果電子在激發態 1 待不了多久,就會在下一個光子到達前就回到基態並釋放光子,為光激發螢光;相反的,電子在激發態 1 待得夠久,就有機會吸收第二個光子,升到激發態 2 去,再一次釋放高能量光子,即為上轉換。

光激發螢光示意圖

圖1:光激發螢光示意圖

上轉換機制示意圖

圖2:上轉換機制示意圖

上轉換納米粒子作為藥物遞送載體

這項研究中,利用上轉換納米顆粒 (UCNPs) 作為 NIR(近紅外光)觸發的定位和藥物遞送載體,成功地實現在體外和體內用近紅外光控靶向抗癌藥物阿黴素,阿黴素在 UCNPs 的表面上被硫醇化,形成二硫鍵,可被細胞內的溶酶體酶裂解。以 UNCPs 作為藥物載體可以改善選擇性靶向和減少化療帶來的不良副作用。

光籠提高光靶向選擇性

如何讓 UCNPs 找到癌細胞並釋放藥物,達到精準治療呢?我們利用葉酸與癌細胞上的葉酸受體來標靶癌細胞。然而在正常的腎細胞中也有葉酸受體的存在,抗癌藥物可能因此誤傷正常細胞,所以為了提高光靶向選擇性,此研究利用光籠將葉酸像蓋子般蓋住,並裝載在 UCNPs 的粒子上,直到到達癌細胞位置再將光籠打開,以進行精準治療。

打開光籠進行光靶向

UCNPs 到達癌細胞位置後,需要將光籠打開,讓裡面的葉酸與癌細胞表面的葉酸受體結合進行精準治療,那麼要如何將光籠打開呢?光籠需要紫外光的能量才能激發其活性,進而達到釋放其中的基團的目的。但是照射紫外光對人體傷害極大,這時 UCNPs 就又派上用場了! 在 UCNPs 照射對人體較無傷害的近紅外光 (980 nm),因上轉換機制,可以發出紫外光 (360 nm),使光籠打開釋放葉酸,就能精準消滅癌細胞了。

近紅外光光靶向上轉換奈米粒子癌症治療之示意圖

圖3:近紅外光光靶向上轉換奈米粒子癌症治療之示意圖。

以下是利用教具模擬上轉換機制使光籠打開

  1. 利用紅色手電筒照射盒子(光籠),並同時按下按鈕
  2. 盒子上的紫色 LED 燈發亮且同時打開,即可釋放盒子裡的葉酸(魔鬼氈球)
上轉換機制使光籠打開模擬教具

圖4:上轉換機制使光籠打開模擬教具 (A) 照光前 (B) 照光後

資料來源
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