新加坡国立大学 这种新型纳米粒子根据激发它们的红外光的能量发出红色或绿色的荧光
学分:新加坡国立大学 “光遗传学”的生物技术利用光来控制活组织中的细胞，这些细胞已经被基因改造成光敏细胞
然而，对这种过程的控制是有限的，因为光可以同时激活几个基因，而深入穿透的光通常需要到达活组织中的基因
现在，新加坡国立大学的研究人员开发了一种方法，通过使用专门设计的纳米粒子和纳米团簇(被称为“超级球”)，对这一过程进行更多的控制
当被不同波长的激光激发时，这些纳米粒子和超级球可以发出不同颜色的光
这些不同颜色的光可以用来触发特定的生物过程
为了激活光敏基因，新加坡国立大学生物医学工程系的张勇教授领导的团队使用纳米粒子和超级球将近红外光“上转换”为更高能量的可见光
由于近红外光的穿透性很强，这种方法可以用于许多深层组织治疗
纳米粒子控制心率 张教授和他的团队发明了新的纳米粒子，根据激发它们的近红外辐射的波长，可以发出红光或绿光
当被波长为980纳米的激光束激发时，纳米粒子发出红光，当激光束的波长降低到808纳米时，纳米粒子发出绿光
除了是两种不同的颜色，这些纳米粒子发出的光可以用于双向激活
这与目前使用纳米粒子的光遗传疗法不同，纳米粒子只能单向激活
“因此，我们可以在不同的方向或程序上复杂地操纵一个生物过程或过程中的一些步骤，”张教授解释道
研究人员表明，有可能使用这些粒子来控制修饰过的心肌细胞的跳动速度
通过光学控制同一个细胞中的两个光激活通道，它们能够改变心跳的速度
红灯减慢了心率，绿灯加快了心率
这些纳米粒子由富含铒的内核组成，被镱和掺钕材料层包围
为了产生这种正交的荧光发射，我们通常需要在纳米晶体中掺杂多种镧系离子
在我们的研究中，这是通过仅使用一种离子来实现的
研究人员的这项创新确保了正交发射都来自铒离子
关于这一重大突破和应用创新，张教授说:“这一演示向可编程多向通路控制迈出了重要的一步，也为在诊断和治疗等许多其他协同互动的生物过程中的应用提供了诱人的机会
" 这项研究的结果于2019年9月27日发表在《自然通讯》杂志上，并于2019年10月4日被报道为研究亮点
激活抗癌药物的超级球 除了这种新型纳米粒子，张教授和他的团队最近还合成了两种不同的纳米粒子簇，并将其命名为“超级球”
与新型纳米粒子类似，这些超级球在被不同波长的近红外辐射激发时会发出不同颜色的光
当被波长为980纳米的激光束激发时，它们发出红光，当激光束的波长降低到808纳米时，它们发出紫外/蓝光
这些新的超级球随后被用于增强光动力癌症治疗过程
当超级球被高能激发辐射红光时，它们就能进入细胞
接下来，他们被激发辐射紫外线/蓝光，以增加细胞对活性氧物种的敏感性
最后，他们被激发再次发出红光，激活光敏药物产生活性氧
这些活性氧可以诱导肿瘤细胞死亡
随着这项研究的突破，新加坡国立大学的科学家们开发了一种简单、用户友好的方法来合成这些超级球
超级球的形状、大小甚至激发/发射波长都可以根据所需的应用进行修改
这项研究的结果发表在2019年10月8日的《自然通讯》上
后续步骤 这些纳米粒子和超级球的应用数不胜数
“不同领域的生物学家和临床医生都会对此感兴趣，特别是那些从事光疗的人，包括光动力疗法、光热疗法、光控药物/基因传递和光遗传学，”张教授说 对于下一阶段的研究，张教授解释道:“最终，这个项目的目标是将无线电子技术与纳米粒子结合起来，用于增强光动力疗法，从而治疗深层组织中的大肿瘤
“因此，研究人员将继续开发新材料，并在这一领域发明创新应用
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