一种近红外光响应上转换纳米基底及其制备方法和应用

本发明属于无机纳米材料生物应用领域，具体涉及一种近红外光响应上转换纳米基底及其制备方法，还涉及所述近红外光响应上转换纳米基底的应用。

背景技术：

1、间充质干细胞(mscs)因其具有多向分化潜能，在特定诱导条件下可分化为软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞等，具有治疗多种疾病的巨大潜在应用，尤其是在再生医学中，间充质干细胞的应用更为广泛。在对于间充质干细胞的各类应用中，动态调节细胞分子间的相互作用是最为基础的条件，目前常用的动态调节因素有磁、光、声等，在这诸多影响因素中，光控调节因其穿透力强，对组织伤害较小，效率高等优点而受到广泛关注。

2、稀土纳米上转换材料(ucnps)是一种能将长波长辐射转换为短波长辐射的材料，是一类吸收光子的能量低于发射光子的能量的反storks定律的发光材料。目前ucnps因其化学稳定性高、光稳定性优异对生物组织无损伤、在细胞或活体内无荧光背景干扰，目前在生物成像、生物检测、癌症的光动力治疗等领域有着广泛的应用。

3、通过改变间充质干细胞与细胞外基底的联系来调控细胞行为，例如，在无机纳米材料外部修饰细胞黏附肽(rgd)来调控细胞的多种行为(例如，细胞黏附，伸展，分化等)，在再生医学及干细胞治疗等领域有着极强的吸引力。

技术实现思路

1、基于此，本发明设计了一种基于近红外(nir)响应的上转换纳米基底，其可以用于光控动态调节间充质干细胞黏附及多向分化。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、一种近红外光响应上转换纳米基底，包括基板和连接在所述基板上的表面修饰的上转换纳米颗粒，所述表面修饰的上转换纳米颗粒包括作为核心的上转换纳米颗粒、包覆在所述上转换纳米颗粒外部的二氧化硅、连接所述二氧化硅的rgd多肽(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)以及包覆所述rgd多肽的光控断键小分子；其中，所述上转换纳米颗粒可将照射到其上的近红外光转换为紫外光；所述光控断键小分子受紫外光照射后可从所述rgd多肽上脱落以使得所述rgd多肽活化从而黏附细胞。

4、具体地，所述光控断键小分子为ona分子(4-羟基-3-硝基苯甲酸)。

5、具体地，所述上转换纳米颗粒是以ycl3·6h2o、ybcl3·6h2o、tmcl3·6h2o、nh4f和naoh为反应原料通过溶剂热法制备得到。

6、具体地，所述上转换纳米颗粒可将980nm波长的近红外光转换为365nm波长的紫外光。

7、具体地，所述近红外光响应上转换纳米基底可以近红外光响应动态调节干细胞黏附及多向分化。

8、本发明所述的近红外光响应上转换纳米基底中，sio2的包覆可提高该纳米颗粒的生物相容性，极大程度的降低无机纳米颗粒的毒性；rgd多肽可介导细胞与细胞外基质及细胞间的黏附作用，从而可使细胞黏附于近红外光响应上转换纳米基底上；rgd多肽外部包覆可以紫外断键的光控小分子ona，当980nm波长的近红外光照射上转换纳米颗粒时，会被转换为365nm波长的紫外光，在紫外光的辐射下，光控小分子会从rgd多肽上脱落下来，从而将rgd重新活化，而无近红外光的响应，则不会产生紫外光，则光控小分子不会脱落，rgd多肽便不会活化黏附细胞；rgd多肽活化的有无，则会对细胞黏附、细胞形态及细胞分化产生极大的影响，从而实现光控调节干细胞的黏附及分化，对于之后干细胞分化等方向的研究有着极大的应用意义。

9、本发明还提供所述近红外光响应上转换纳米基底的制备方法，所述制备方法包括：

10、步骤一、制备上转换纳米颗粒；

11、步骤二、在所述上转换纳米颗粒外部包覆二氧化硅；

12、步骤三、将rgd多肽连接到所述二氧化硅上；

13、步骤四、在所述rgd多肽外部包覆光控断键小分子，得到修饰好的上转换纳米颗粒；

14、步骤五、将修饰好的上转换纳米颗粒连接到基板上，得到所述近红外光响应上转换纳米基底。

15、具体地，步骤一包括：将ycl3·6h2o、ybcl3·6h2o和tmcl3·6h2o溶解于甲醇、油酸和1-十八烯中，得到溶液a，将nh4f和naoh溶于甲醇中，得到溶液b，然后将溶液a和溶液b混合，所得混合液以300℃进行反应，得到黑褐色粘稠溶液，冷却后用环己烷与无水乙醇的混合液洗涤产物，得到上转换纳米颗粒。

16、具体地，步骤二包括：取步骤二得到的上转换纳米颗粒溶解于环己烷中，再加入正己烷、曲拉通、水、氨水，搅拌使溶液呈碱性，然后加入硅酸四乙酯，充分搅拌后加入3-氨丙基三乙基氧基硅烷，搅拌后加入丙酮继续搅拌，再用无水乙醇洗涤产物。

17、具体地，步骤三包括：取步骤二所得产物溶解于二甲基甲酰胺中，再加入peg-1000，搅拌后加入rgd多肽继续搅拌，再用无水乙醇洗涤产物。

18、具体地，步骤四包括：将步骤三所得产物溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，并加入三环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶，充分溶解后加入光控基团ona，搅拌反应，最后用无水乙醇洗涤产物，得到所述近红外光响应上转换纳米颗粒。

19、具体地，步骤五包括：选用玻璃板作为基板，先将玻璃板清洗干净，而后浸泡于食人鱼刻蚀液中，摇晃过夜，随后使用去离子水清洗；将步骤四所得产物溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后与处理好的玻璃板搅拌反应，最后取出玻璃板，用无水乙醇洗涤，得到所述近红外光响应上转换纳米基底。

20、本发明还提供所述近红外光响应上转换纳米基底在调控细胞行为中的应用，具体可以用于近红外光动态调节间充质干细胞黏附及多向分化。本发明以对生物细胞最小伤害的调节因素，进行动态调节细胞黏附、细胞形态改变及最终分化，在临床和基础医学研究中具有广泛的应用前景。

21、为了更好地理解和实施，下面结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

技术特征：

1.一种近红外光响应上转换纳米基底，其特征在于，包括基板和连接在所述基板上的表面修饰的上转换纳米颗粒，所述表面修饰的上转换纳米颗粒包括作为核心的上转换纳米颗粒、包覆在所述上转换纳米颗粒外部的二氧化硅、连接所述二氧化硅的rgd多肽以及包覆所述rgd多肽的光控断键小分子；其中，所述上转换纳米颗粒可将照射到其上的近红外光转换为紫外光；所述光控断键小分子受紫外光照射后可从所述rgd多肽上脱落以使得所述rgd多肽活化进行细胞黏附。

2.根据权利要求1所述的近红外光响应上转换纳米基底，其特征在于，所述光控断键小分子为ona分子，所述上转换纳米颗粒可将980nm波长的近红外光转换为365nm波长的紫外光。

3.根据权利要求1所述的近红外光响应上转换纳米基底，其特征在于，所述近红外光响应上转换纳米基底，可在980nm波长的近红外光照射下，调控干细胞的黏附和多向分化。

4.权利要求1-3任一项所述的近红外光响应上转换纳米基底的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一包括：将ycl3·6h2o、ybcl3·6h2o和tmcl3·6h2o溶解于甲醇、油酸和1-十八烯中，得到溶液a，将nh4f和naoh溶于甲醇中，得到溶液b，然后将溶液a和溶液b混合，所得混合液以300℃进行反应，得到黑褐色粘稠溶液，冷却后用环己烷与无水乙醇的混合液洗涤产物，得到上转换纳米颗粒。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤二包括：取步骤一得到的上转换纳米颗粒溶解于环己烷中，再加入正己烷、曲拉通、水、氨水，搅拌使溶液呈碱性，然后加入硅酸四乙酯，充分搅拌后加入3-氨丙基三乙基氧基硅烷，搅拌后加入丙酮继续搅拌，再用无水乙醇洗涤产物。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤三包括：取步骤二所得产物溶解于二甲基甲酰胺中，再加入peg-1000，搅拌后加入rgd多肽继续搅拌，再用无水乙醇洗涤产物。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤四包括：将步骤三所得产物溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，并加入三环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶，充分溶解后加入光控基团ona，搅拌反应，最后用无水乙醇洗涤产物，得到所述上转换纳米颗粒。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤五包括：选用玻璃板作为基板，先将玻璃板清洗干净，而后浸泡于食人鱼刻蚀液中，摇晃过夜，随后使用去离子水清洗；将步骤四所得产物溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后与处理好的玻璃板搅拌反应，最后取出玻璃板，用无水乙醇洗涤，得到所述近红外光响应上转换纳米基底。

10.权利要求1-3任一项所述的近红外光响应上转换纳米基底在近红外光调控细胞行为中的应用。

技术总结
本发明涉及一种近红外光响应上转换纳米基底，由表面修饰的上转换纳米颗粒连接到基板上组成，所述表面修饰的上转换纳米颗粒包括作为核心的上转换纳米颗粒、包覆在所述上转换纳米颗粒外部的二氧化硅、连接所述二氧化硅的RGD多肽以及包覆所述RGD多肽的光控断键小分子；其中，所述上转换纳米颗粒可将照射到其上的近红外光转换为紫外光；所述光控断键小分子为ONA分子。本发明还涉及所述近红外光响应上转换纳米基底的制备方法和应用。本发明所述近红外光响应上转换纳米基底可以用于近红外光动态调节干细胞黏附及多向分化。

技术研发人员：黎锦明,郭玉娇,闫瑞,刘佳琳,赵倾昕
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15