Recent advances in the optimization and functionalization of upconversion nanomaterials for in vivo bioapplications

2013年12月6日 NPG Asia Materials 5, e12 (2013) doi:10.1038/am.2013.63


アップコンバージョンナノ粒子は、励起時に吸収する光子の波長よりも短い波長の光子を放出することで、低エネルギー光を高エネルギー光に変換する。こうした優れたエネルギー変換能力を持つナノ粒子は、太陽電池への応用はもちろんのこと、生体イメージングや治療への応用にも有望である。近赤外放射で励起すると、それより波長の短い近赤外光や可視光を放出するため、生物組織による散乱を最小限にするとともに、十分な侵入長が得られるからだ。復旦大学(中国)のFuyou Liらはこのたび、生体内応用(マルチモダリティイメージングや近赤外光駆動治療法など)を目的としたアップコンバージョンナノ粒子の最適化や機能化に関する最近の進展について概説している。現在の課題として、発光効率の不十分さや過熱の影響といったものがあるが、発光効率についてはコアシェル構造を利用することによって改善でき、過熱の影響も、アンテナとして機能し波長変換効率を向上させるようなイオンを新たに導入することによって軽減可能なことが実証されている。一方で、こうした無機ナノ粒子の潜在的毒性については、体内での分布と影響を含めて、さらによく調べる必要がある。

Wei Feng, Xingjun Zhu & Fuyou Liu

Upconversion nanoparticles: Body fit
Upconversion nanoparticles emit photons at shorter wavelengths than the wavelengths of the photons they absorb under excitation, and thus convert low-energy light into higher-energy light. With obvious potential for solar cells, these nanoparticles also show promise in bioimaging and therapeutic applications: they can be excited by near-infrared radiation and emit shorter near-infrared or visible light, leading to minimal scattering by biological tissues and good penetration depth. Fuyou Li and colleagues from Fudan University, China, review recent progress toward optimizing and functionalizing these nanoparticles for in vivo applications such as multi-modality imaging and near-infrared light-driven therapy. Challenges include insufficient luminescent efficiencies, which can be improved through core-shell structures, as well as the alleviation of overheating effects—achieved, for example, through incorporating additional ions that act as antennas and result in more efficient wavelength conversion. Additionally, the potential toxicity of these inorganic particles—including their distribution and effects in the body—needs to be investigated further.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)