杨帆副教授团队发表ACS ANM综述：基于纳米结构体系的力致发光光源在生物医学领域中的应用

【文章信息】

基于纳米结构体系的力致发光光源在生物医学领域中的应用：综述

作者：杨苗，葛昕，郑立洋，黄永盛，钟玖平，涂东，洪国松，杨帆*

单位：中山大学 理学院 广东 深圳518107

一、论文简介

力致发光指材料在受到机械外力的刺激下产生光发射的现象。自从发现力致发光（Mechanoluminescence）现象以来，已经出现了大量基于力致发光的传感应用，包括柔性可穿戴设备、工程结构的应力检测以及防伪技术等。然而，尽管在这些领域有着广泛的应用，但在活体生物医学领域中，力致发光作为激发光源的应用却相对较少。这主要是因为力致发光光源的研究仍处于早期阶段，适合用于生物医学的力致发光纳米颗粒的合成存在一定挑战，并且传统力致发光材料所受的机械力通常是静态压力，如摩擦、按压、破裂等，而非动态压力(例如超声)，因此也不适用于生物医学应用。对用于生物医学的力致发光光源的详细综述在未来推动力致发光光源和生物医学应用的发展起着重要作用。

本文综述了新型报导的纳米力致发光光源的发光机理，包括基于无机材料的陷阱控制型、化学发光和生物发光的力致发光。随后详细介绍了不同纳米力致发光光源的合成方法，包括常用的喷雾热解法，生物矿化仿生受控溶解法，薄膜水化法，生物杂化法以及水凝胶基质制备法，其中主要聚焦于合成纳米力致发光光源的生物矿化仿生受控溶解法。最后讨论了纳米力致发光光源在生物医学领域的应用，包括生物传感应用、超声光遗传学神经调控和介入治疗。    

这一综述有望为研究人员对新型纳米力致发光机理的理解，为开发新型纳米力致发光光源、探索新的纳米力致发光材料合成方法、优化纳米力致发光材料发光强度和生物相容性、并扩展纳米力致发光光源的生物医学应用领域提供指导。

二、图文导读

                                                                                                               图 1. 应用于生物医学领域的力致发光光源的发展历程

                                                                                                  图 2. 基于陷阱控制型、化学发光和生物发光的力致发光机理

                                                                                   图 3. 喷雾热解法，生物矿化仿生受控溶解法，薄膜水化法合成纳米力致发光颗粒    

                                                                                                                  图4. 生物杂化法以及水凝胶基质制备法合成力致发光光源  

                                                                                                                                      图 5. 力致发光光源应用于生物传感  

                                                                                                                        图 6. 力致发光光源应用于咬合控制式的交互式操作  

                                                                                                                                 图 7. 力致发光光源应用于细胞压力传感

                                                                                                             图 8. 陷阱控制型无机力致发光光源用于超声光遗传学神经调控    

                                                                                                             图 9. 基于化学发光的力致发光光源用于超声光遗传学神经调控  

                                                                                                                                 图 10. 纳米力致发光光源应用于肿瘤治疗  

                                                                                                                          图 11. 力致发光光源应用于细菌感染的介入治疗

三、文章链接

Mechanoluminescent Light Sources Based on Nanostructured Systems for Biomedical Applications: A Review

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.4c00675

四、通讯作者简介

杨帆，于2010年和2013年毕业于中国地质大学，获材料学学士和硕士学位。2014-2019年于加拿大国立科学研究院攻读材料学博士学位。2020-2023年在斯坦福大学从事博士后研究。于2023年5月入职中山大学理学院，现任副教授。研究内容包括纳米发光材料(如纳米力致发光颗粒、量子点、上转换纳米颗粒等)在生物医学及光遗传学神经调控上的应用，研究内容涉及材料、物理、光学、生物医学等多个领域的学科交叉。目前已在国际高水平期刊发表论文40余篇，其中以第一作者发表论文16篇(包括Nature Protocols, Science Advances, JACS等顶级期刊)，部分成果被选为热点文章和封面。论文引用次数达1300余次，H-index:21，同时获得美国专利授权一项。欢迎有志于从事材料物理、生物医学、光遗传学等相关领域研究的同学加入，有意者请将个人简历等相关支持材料发送至邮箱：yangf375@mail.sysu.edu.cn