你见过“夜光”水凝胶吗--浅谈长余辉水凝胶研究进展

长余辉发光是指物质在激发停止后仍能继续发光的一种现象。几千年前在中国宋代的文字记载里就有“夜光杯”“夜明珠”的相关记载。1996年Matsuzawa研究员合成了Eu²⁺与Dy³⁺共掺杂的SrAl₂O₄长余辉材料，有着可以持续几个小时的明亮绿色余辉发光，引发了研究者们的广泛关注。与传统的有机发光染料相比，长余辉材料具有更长的发光寿命，不需要原位激发，可以有效避免生物组织自发荧光及激发光散射效应的干扰。此外，长余辉有着良好的发光强度与化学稳定性，在生物医学成像、光学检测传感和肿瘤治疗等领域有着广阔的潜在应用前景。但作为一种无机材料，传统的长余辉材料生物相容性不足，水分散性差，在给药过程中容易被巨噬细胞清除，大大限制了其在生物医学领域的应用。

天然高分子水凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性，其三维网络状结构能够吸收大量的水且保持结构稳定，是一种适用于生物医学领域的理想高分子材料。有研究表明，将长余辉材料包封在水凝胶中可显著增强长余辉的发光强度。这种具有长余辉发光的天然高分子水凝胶，不仅弥补了单纯长余辉材料的生物相容性不足，而且有望成为用于生物医学成像和光动力治疗的持续发光材料。在此，EFL精心挑选了具有长寿命发光的天然高分子水凝胶设计及应用的相关文献5篇，供大家参考学习。

1. Biomaterials (IF=15.304): 基于长余辉水凝胶的高效率长期光动力治疗策略；2019.07.02

简介：生物相容性好的长余辉材料是长期光动力治疗的理想体内光源，但目前依然难以制备兼具小尺寸均一与优秀余辉性能的理想长余辉材料。研究者将高温煅烧制备的长余辉材料分散在海藻酸钠水凝胶中，制备出均匀的长余辉水凝胶 （PLM-hydrogel）。相比于长余辉纳米颗粒，PLM-hydrogel表现出更优异的发光性能，能够被反复激发产生明亮的长寿命发光，此外，PLM-hydrogel具有良好的生物相容性，能通过注射长期存在于小鼠体内的肿瘤部位。配合光敏剂，PLM-hydrogel被证明针对肿瘤有显著的光动力治疗效果，有望作为一种长期光动力治疗光源材料。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119328

2. Nano Letters (IF=12.262): 长余辉水凝胶用于靶向、持续和无自体荧光的肿瘤转移成像；2019.12.19

简介：发展针对肿瘤细胞转移过程的成像技术，持续监测恶性肿瘤的转移行为，成为临床上彻底治疗肿瘤，减少肿瘤复发概率的关键策略之一。研究者基于4-羧基苯硼酸(CPBA)通过受体介导的胞吞作用，设计制备了一种特异性靶向转移性乳腺癌细胞的长余辉水凝胶（PL-gel），实现了深组织肿瘤转移的无背景干扰可视化成像。研究表明，PL-gel在转移性乳腺癌小鼠模型的肿瘤部位可以持续释放长余辉探针，避免被巨噬细胞清除，实现对肿瘤转移的非侵入性、高特异性、与长期示踪成像。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03755

3. Advanced Functional Materials (IF=19.924): 基于近红外长余辉材料的免疫水凝胶用于体内光动力免疫治疗；2021.06.24

简介：近红外长余辉材料（NIR PLM）的发光有着优秀的组织穿透能力，而且可重复受激发光的特性使NIR PLM成为用于光动力治疗（PDT）的理想“可充电光学电池”。研究者将咪喹莫特（R837）与近红外长余辉材料一起整合进水凝胶中，首次提出了基于长余辉材料的PDT免疫疗法。研究证明，该策略可以有效放大PDT过程中所产生抗原的免疫原性，实现了显著的高效协同肿瘤清除效果。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202104472

4. Composites Part B: Engineering (IF=11.322): 具有持续光催化活性的热响应抗菌水凝胶用于长效抑菌与伤口愈合；2022.01.15

简介：伤口愈合过程中的细菌感染虽然可以通过抗生素治疗，但随着细菌耐药性的不断进化，仍然迫切需求更加高效且安全的抗菌策略。研究者制备了一种负载二氧化钛(TiO₂)与LiLuGeO₄:Bi³⁺长余辉材料的热响应水凝胶（H@LGG/T）。由泊洛沙姆F-127、ε-聚赖氨酸(EPL), 与氧化透明质酸(OHA)所合成的前体溶液能在接触伤口时热响应迅速转变为水凝胶，具有良好的生物相容性，易于长期粘附在伤口上。在350 nm的紫外光照射下，@LGG/T具有寿命超过100小时的余辉发光，即使在撤去紫外光源后依然可以持续激发TiO₂催化产生活性氧（ROS），具有长效的抗菌效果，有效促进伤口愈合，无毒副作用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109459

5. Journal of Materials Chemistry B (IF=7.571): 长余辉纤维素水凝胶的构建及在生物成像中的应用；2014.09.16

简介：生物成像对于检测生命体内活动与行为有着重要帮助。研究者们使用环氧氯丙烷作为交联剂，在碱/尿素水体系中利用含有长余辉磷光粉的纤维素溶液构建了一种新型无毒害杂化水凝胶。研究表明，纤维素基质不仅通过氢键作用有效包埋固定住长余辉颗粒，还能够保护长余辉颗粒的晶格结构与发光性质。长余辉颗粒与纤维素基质在杂化水凝胶中的强相互作用也使得水凝胶具有良好的机械性能和透明度。小鼠实验表明，可以在皮下和胃中检测到具有强余辉的纤维素水凝胶，证明其用于动物与人体成像的广阔前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/C4TB01240B

EFL第二期“主题解读”：

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