基于Nd3+敏化上转换发光的β-NaLuF4纳米探针在光热治疗与实时温度监测中的双功能应用研究

为解决光热治疗(PTT)过程中温度监控难题，研究人员开发了基于40 nm β-NaLuF4@Cu2S的纳米探针。通过Nd3+敏化上转换(UC)实现808 nm激发的光学测温，结合Cu2S的光热转换功能，在180秒照射下使温度从293 K升至311 K。该研究为癌症治疗提供了兼具温度自监测和安全性的新型PTT方案。

　　

在癌症治疗领域，光热治疗(PTT)因其微创性和高选择性备受关注，但治疗过程中温度控制始终是核心难题——温度过高会损伤健康组织，过低则疗效不足。传统980 nm激发的上转换(UC)温度探针因水分子强吸收易导致过热，而铜基纳米颗粒(PTAs)虽具优异光热性能却缺乏实时监测功能。这种"治疗与监测分离"的现状严重制约了PTT的精准应用。

针对这一瓶颈，来自重庆的研究团队在《Dyes and Pigments》发表创新成果。他们巧妙设计了一种直径仅40 nm的双功能纳米探针，通过多层包覆技术制备β-NaYF₄@β-NaLuF₄:Yb³⁺/Er³⁺@β-NaLuF₄:Yb³⁺/Nd³⁺核壳结构，利用Nd³⁺在808 nm处的高吸收截面(1.2×10^-19 cm²)和水的低吸收系数(0.02 cm^-1)，实现了Er³⁺的²H_11/2/⁴S_3/2能级热耦合温度传感。随后通过静电吸附Cu₂S纳米颗粒，构建出兼具光热转换和温度监测功能的"中心-卫星"结构纳米系统。

研究采用多层包覆合成、静电自组装和离体组织实验等关键技术。通过逐层生长策略克服了β-NaLuF₄粒径过大(传统约200 nm)的瓶颈，利用β-NaYF₄晶种控制尺寸；借助Nd³⁺-Yb³⁺-Er³⁺能量传递体系实现808 nm激发的高效上转换；最后通过表面修饰实现Cu₂S纳米颗粒的精准负载。

【Morphology and luminescence properties】部分显示，透射电镜证实成功制备了单分散的40 nm核壳结构。光谱测试表明，808 nm激发下Er³⁺的绿光发射强度比980 nm激发体系提高3倍，温度传感灵敏度达1.5% K^-1。

【Conclusions】部分指出，该纳米系统在20 mW/mm²的808 nm近红外光照射180秒内，可使磷酸盐缓冲液(PBS)温度从293 K升至311 K，同时通过FIR技术实现±0.5 K的测温精度。离体实验证实其在生物组织中既能有效避免激光过热，又可同步完成治疗与监测。

这项研究的突破性在于：首次将Nd³⁺敏化的β-NaLuF₄纳米探针与Cu₂S光热剂有机结合，解决了PTT领域"看不见温度"的痛点。相比传统980 nm系统，808 nm激发使水吸收热降低24倍，而Nd³⁺的高吸收截面保证了信号强度。团队提出的"尺寸控制-能量传递-功能集成"技术路线，为开发新一代诊疗一体化纳米试剂提供了普适性方案。该成果获国家自然科学基金(11704054)等多项资助，相关技术已申请专利保护。