Angew. Chem. Int. Ed.热点: 北京化工大学陈建峰院士团队 磁性上转换发光液体弹珠

液体弹珠（Liquid Marble）是由微小液滴与外部非润湿性松散颗粒组成的稳定的液固复合体。由于非润湿性颗粒的隔离作用，其内部的液滴不与外界接触，使液体弹珠能在各种固体，甚至是液体表面自由地移动而不润湿基体，在微反应器、微流体和药物缓释等领域有很大的应用前景。

传统的磁性液体弹珠利用铁基粉末作为外层包裹，能够通过磁场控制液体弹珠，但是外层磁性颗粒对光的强吸收和散射，使得液体弹珠难以实现光诱导的反应；而传统的光“透明”的液体弹珠采用二氧化硅颗粒作为外包覆层，只能在重力场的驱动下运动，缺乏可操作性。

最近，北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室陈建峰院士团队与美国凯斯西储大学戴黎明教授以及温州医科大学研究人员合作，研制出一种具有磁性和光学多重响应的液体弹珠微型反应器。

该工作通过对稀土掺杂磁性上转换发光纳米颗粒（Magnetic Upconversion Nanoparticles）进行表面修饰，获得了超疏水的超微固体粉末，进而利用这种固体粉末包裹水滴制备了液体弹珠。由于外层颗粒中磁性钆元素的存在，使得该液体弹珠能够在磁场控制下打开或者移动；利用上转换发光材料将近红外光转化为可见光的特性，通过在液体弹珠外部进行近红外光激发，能够在内部获得可见光辐射，从而实现液体弹珠内部的光催化反应。

此外，利用液体弹珠包裹细胞培养基，通过液体弹珠的旋转使内部细胞自由接触，已被证明是在三维空间培养细胞的简单有效的方法。与传统的二维细胞培养相比，三维细胞培养能较好模拟体内肿瘤细胞微环境及细胞间相互作用，在观察肿瘤细胞生物学行为、耐药及放射不敏感等研究中具有明显优势，能为肿瘤基础实验研究提供极具价值的体外模型。肿瘤光动力治疗（Photodynamic Therapy，PDT）是近年来广泛发展的一项肿瘤治疗新技术，利用特定波长的光照射肿瘤部位，使选择性聚集在肿瘤组织的光敏药物活化，引发光化学反应破坏肿瘤，具有选择性好、适应性广、毒副作用小等优势。磁性上转换发光液体弹珠的研究，为三维细胞模型的光动力治疗药物研究提供了一种新的技术途径。

【图文导读】

图1 超疏水稀土掺杂上转换发光材料制备及表征

上转换发光纳米材料（a）表面修饰疏水结构示意图；（b）透射电镜表征及（c）热重分析

图2 磁性上转换发光液体弹珠制备及磁场控制

（a）上转换发光颗粒包裹水滴形成液体弹珠示意图；（b）液体弹珠静置在玻璃表面；（c）镊子夹取；（c）漂浮在水面；磁场控制液体弹珠（e）打开及（f）运动。

图3 磁性上转换发光液体弹珠微型光催化反应器

（a）近红外光激发液体弹珠内PpIX光敏剂示意图；包覆（b）纯水和（c）PpIX光敏剂的磁性上转换发光液体弹珠在近红外光照射下的发光照片；（d）PpIX光敏剂的吸收光谱与荧光光谱以及上转换发光材料的发光光谱；（e）包覆纯水和PpIX光敏剂的液体弹珠在近红外光照射下的发光光谱；（e）不同体系DPBF吸收强度随近红外光辐射时间的变化曲线，表明近红外光激发能够引发上转换发光液体弹珠内PpIX光敏剂的光催化反应。

图4 磁性上转换发光液体弹珠用于细胞光动力治疗研究

（a）液体弹珠包覆细胞培养基示意图；（b）包覆有肿瘤细胞的液体弹珠；（c）细胞显微成像；（d）不同细胞培养模型的光动力治疗研究示意图；（e）细胞存活率分析表明外部近红外光照射能够激发上转换发光液体弹珠内部的光动力治疗药物进而杀死肿瘤细胞，为基于三维细胞模型的光动力治疗药物研究提供了一种新的技术途径。

感谢北京化工大学王丹博士（第一作者）对本文的指导！相关结果于近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.，并被该期刊选为“热点文章”（Hot Paper）。

文献链接：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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