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Core-shell hybrid upconversion nanoparticles carrying stable nitroxide radicals as potential multifunctional nanoprobes for upconversion luminescence and magnetic resonance dual-modality imaging

摘要
硝基自由基，如2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧(TEMPO)及其衍生物，最近被用作磁共振成像(MRI)和電子順磁共振成像(EPRI)的造影劑。然而，當(dāng)靜脈注射時(shí)，它們快速的單電子生物還原為抗磁性的n -羥基物種，限制了它們在體內(nèi)應(yīng)用的使用。本文提出了一種攜帶穩(wěn)定自由基的二氧化硅涂層的新方法。4-羧基-TEMPO氮氧化物自由基與3-氨基丙基-三甲氧基硅烷共價(jià)連接，生成了硅化TEMPO自由基。利用反相微乳液中硅化TEMPO自由基與正硅酸四乙酯共聚的簡單反應(yīng)，合成了一種TEMPO自由基摻雜SiO2納米結(jié)構(gòu)，并將其包覆在NaYF4:Yb,Er/NaYF4上轉(zhuǎn)化納米顆粒(UCNPs)表面，制備了一種新型的聚乙二醇化UCNP@TEMPO@SiO2納米探針，用于上轉(zhuǎn)化發(fā)光(UCL)和磁共振雙模成像。TEMPO@SiO2產(chǎn)生的電子自旋共振(ESR)信號顯示，即使在5 mM的抗壞血酸存在下，也能在長達(dá)1 h的時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)抗還原性能。聚乙二醇化UCNPs@TEMPO@SiO2納米復(fù)合材料的縱向弛豫率約為游離TEMPO自由基的10倍。采用這種改進(jìn)的友好型單鍋溶劑熱策略合成的核殼型NaYF4:Yb,Er/NaYF4 UCNPs的UCL發(fā)射強(qiáng)度比核心型NaYF4:Yb,Er提高了60倍。此外，將聚乙二醇化UCNP@TEMPO@SiO2納米復(fù)合材料作為多功能納米探針，進(jìn)一步研究其在體外和體內(nèi)活細(xì)胞UCL成像和t1加權(quán)MRI中的性能。

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