β‑NaYbF4: Gd/Ce/Tm@CaF2‑PVP Core–Shell Nanoparticles for Enhanced NIR‑II Photothermal Therapy
本研究展示了具有生物相容性的 β-NaYbF4:Gd/Ce/Tm@CaF2-PVP 核壳纳米颗粒，该颗粒利用外延 CaF2 外壳来抑制表面猝灭并增强近红外二区（NIR-II）光致发光，从而实现高效且低毒性的肿瘤光热治疗。
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长期以来，癌症治疗一直依赖于要么过于粗放、要么具有侵入性的工具，但一场关于利用光进行治愈的静默革命正在发生。这种方法的核心是一个被称为光热疗法的概念：将微小的颗粒注入体内，然后通过特定波长的光束对其进行加热，从而在不切开患者组织的情况下摧毁肿瘤。为了使这一过程安全且有效地进行，这些颗粒必须能够吸收光能并高效地将其转化为热量，同时还要对周围的健康组织保持无害。科学家们一直在探索稀土元素——这类金属以其与光相互作用的独特能力而闻名——来制造这些微型加热器。然而，一个持久的问题一直困扰着这些材料：当它们被做得足够小以便在体内穿行时，它们的表面会变得不稳定，导致能量流失，无法产生足够的足够热量。此外，许多用于保护这些颗粒的材料是由重金属或氧化物组成的，会对人体产生毒性。
来自中国研究机构的一个团队通过设计一种结合了高性能与生物安全性的新型纳米颗粒，解决了这些障碍。他们以由铕（钠镱氟化物）构成的晶体作为核心，该晶体掺杂了三种特定的稀土元素：铧、钆和铈。这个核心能够吸收近红外光，这是一种可以穿透人体深层组织的不可见辐射。为了解决稳定性问题，科学家们在核心周围生长了一层薄薄的保护壳。他们没有使用重金属或有毒氧化物，而是选择了氟化钙。这一选择是深思熟虑且意义重大的，因为钙和氟是人体骨骼的天然组成部分，这意味着该外壳本质上与人体是兼容的。这个外壳极其薄，仅约1.6纳米，但它起到了完美的屏障作用，阻止了粒子内部的能量通过表面缺陷泄漏。这一过程不仅让颗粒发光更亮，还确保了更多的吸收光能被转化为热量而非被浪费。
为了使这些颗粒能够在医疗环境中使用，研究人员必须解决一个实际问题：这些颗粒最初涂覆在油基化学物质中，这些物质会排斥水，使得它们无法注入血液或组织。团队开发出一种方法，剥离这些油性涂层，并用一种名为聚乙烯吡咯烷酮的水溶性物质进行替换。这种转化使颗粒能够轻松地与人体液体混合，而不会发生团聚。最终结果是一种稳定的、水溶性的纳米颗粒，可以安全地引入生命系统。在实验室环境下测试时，这些颗粒展示了卓越的升温能力。在近红外光束下，含有这些颗粒的溶液温度迅速上升，超过了60摄氏度，而没有颗粒的对照溶液几乎没有变热。这种加热能力是稳定且可重复的，表明这些颗粒可以经受多次加热和冷却循环而不会失去效力。
然而，材料真正的考验是在活体动物身上进行的。研究人员将颗粒直接注射到小鼠身上生长的肿瘤中，然后将肿瘤暴露在近红外激光下。结果令人震惊。在接受了颗粒和激光治疗的小鼠中，肿瘤在两周内被完全消除了，只留下一个小疤痕。相比之下，仅接受激光治疗、仅接受颗粒治疗或既未接受治疗的小鼠，其肿瘤仍在持续生长。在整个过程中，小鼠保持了健康且体重稳定，这表明治疗并未造成全身性伤害或毒性。研究还证实，这些颗粒对细胞本身是安全的，因为即使在高浓度下长时间存在，它们也不会杀死健康的细胞。通过将由骨骼友好材料制成的保护壳与允许易于混水的表面涂层相结合，研究人员创造了一种新型的癌症治疗工具。这种方法证明，设计出既能通过热量强力摧毁肿瘤，又能温和地与人体安全共存的稀土基颗粒是完全可能的。
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