Angew. Chem. Int. Ed.熱點: 北京化工大學陳建峰院士團隊 磁性上轉換發光液體彈珠

液體彈珠（Liquid Marble）是由微小液滴與外部非潤濕性松散顆粒組成的穩定的液固復合體。由于非潤濕性顆粒的隔離作用，其內部的液滴不與外界接觸，使液體彈珠能在各種固體，甚至是液體表面自由地移動而不潤濕基體，在微反應器、微流體和藥物緩釋等領域有很大的應用前景。

傳統的磁性液體彈珠利用鐵基粉末作為外層包裹，能夠通過磁場控制液體彈珠，但是外層磁性顆粒對光的強吸收和散射，使得液體彈珠難以實現光誘導的反應；而傳統的光“透明”的液體彈珠采用二氧化硅顆粒作為外包覆層，只能在重力場的驅動下運動，缺乏可操作性。

最近，北京化工大學有機無機復合材料國家重點實驗室陳建峰院士團隊與美國凱斯西儲大學戴黎明教授以及溫州醫科大學研究人員合作，研制出一種具有磁性和光學多重響應的液體彈珠微型反應器。

該工作通過對稀土摻雜磁性上轉換發光納米顆粒（Magnetic Upconversion Nanoparticles）進行表面修飾，獲得了超疏水的超微固體粉末，進而利用這種固體粉末包裹水滴制備了液體彈珠。由于外層顆粒中磁性釓元素的存在，使得該液體彈珠能夠在磁場控制下打開或者移動；利用上轉換發光材料將近紅外光轉化為可見光的特性，通過在液體彈珠外部進行近紅外光激發，能夠在內部獲得可見光輻射，從而實現液體彈珠內部的光催化反應。

此外，利用液體彈珠包裹細胞培養基，通過液體彈珠的旋轉使內部細胞自由接觸，已被證明是在三維空間培養細胞的簡單有效的方法。與傳統的二維細胞培養相比，三維細胞培養能較好模擬體內腫瘤細胞微環境及細胞間相互作用，在觀察腫瘤細胞生物學行為、耐藥及放射不敏感等研究中具有明顯優勢，能為腫瘤基礎實驗研究提供極具價值的體外模型。腫瘤光動力治療（Photodynamic Therapy，PDT）是近年來廣泛發展的一項腫瘤治療新技術，利用特定波長的光照射腫瘤部位，使選擇性聚集在腫瘤組織的光敏藥物活化，引發光化學反應破壞腫瘤，具有選擇性好、適應性廣、毒副作用小等優勢。磁性上轉換發光液體彈珠的研究，為三維細胞模型的光動力治療藥物研究提供了一種新的技術途徑。

【圖文導讀】

圖1 超疏水稀土摻雜上轉換發光材料制備及表征

上轉換發光納米材料（a）表面修飾疏水結構示意圖；（b）透射電鏡表征及（c）熱重分析

圖2 磁性上轉換發光液體彈珠制備及磁場控制

（a）上轉換發光顆粒包裹水滴形成液體彈珠示意圖；（b）液體彈珠靜置在玻璃表面；（c）鑷子夾取；（c）漂浮在水面；磁場控制液體彈珠（e）打開及（f）運動。

圖3 磁性上轉換發光液體彈珠微型光催化反應器

（a）近紅外光激發液體彈珠內PpIX光敏劑示意圖；包覆（b）純水和（c）PpIX光敏劑的磁性上轉換發光液體彈珠在近紅外光照射下的發光照片；（d）PpIX光敏劑的吸收光譜與熒光光譜以及上轉換發光材料的發光光譜；（e）包覆純水和PpIX光敏劑的液體彈珠在近紅外光照射下的發光光譜；（e）不同體系DPBF吸收強度隨近紅外光輻射時間的變化曲線，表明近紅外光激發能夠引發上轉換發光液體彈珠內PpIX光敏劑的光催化反應。

圖4 磁性上轉換發光液體彈珠用于細胞光動力治療研究

（a）液體彈珠包覆細胞培養基示意圖；（b）包覆有腫瘤細胞的液體彈珠；（c）細胞顯微成像；（d）不同細胞培養模型的光動力治療研究示意圖；（e）細胞存活率分析表明外部近紅外光照射能夠激發上轉換發光液體彈珠內部的光動力治療藥物進而殺死腫瘤細胞，為基于三維細胞模型的光動力治療藥物研究提供了一種新的技術途徑。

感謝北京化工大學王丹博士（第一作者）對本文的指導！相關結果于近期發表在Angew. Chem. Int. Ed.，并被該期刊選為“熱點文章”（Hot Paper）。

文獻鏈接：Liquid Marbles Based on Magnetic Upconversion Nanoparticles as Magnetically and Optically Responsive Miniature Reactors for Photocatalysis and Photodynamic Therapy (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604781)

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