微纳米复合材料的力致发光-照明显示篇（下）

千姿百态

名词解释：

光催化(photocatalyst)：光催化是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的现象。光催化几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质。代表性的例子为植物的"光合作用"。
超声波(ultrasonic wave)：超声波是一种频率高于20000Hz的声波。
SAOE：SrAl2O4:Eu，一种常用的力致发光材料。
Ti2O：二氧化钛，一种常用的光催化材料。
上一期另类博士：微纳米复合材料的力致发光-照明显示篇（上）我们介绍了硫化锌微纳米复合聚合物发光薄膜，利用力致发光原理在风能驱动下，无需任何电力电子设备，即可应用于路标显示板的例子。
作为微纳米尺度的“光源”，力致发光材料的本领当然不止这些。我们都曾畅想过未来的纳米医疗机器人（如图1），可以通过口服注射进入人体血管、病患组织或大脑细胞等重要又难以到达的部位，检测或消灭病原体，修复受损器官，造福人类健康。力致发光微纳米颗粒既“微小”，又可以“发光”，在生物医疗领域自然作为“微光源”有很大的潜力。



图1.未来的纳米医疗机器人畅想图

人体内光催化作用的“微光源”

光催化作用正如我们介绍的，在光的照射几乎可以分解人体或环境中有害的所有有机物质和部分无机物质。然而要实现人体内的催化作用，外部光源对人体组织的穿透能力是一个问题。红外光等宽波长光源对人体组织穿透能力尚可，但短波长光源例如紫外光等的穿透能力确十分有限，若需照射部位较深就可能达不到病患组织处。而且外部的大面积紫外光源照射，也会对人体表面造成较大程度损伤。如何能在人体内部提供光源，又能减小人体损害呢？日本产业技术联合研究所的Nao Terasaki等对此做了探索和研究。
1. SAOE-TI2O微光源-微纳催化物体系
作者在选用了发光效率较高的SAOE微纳米颗粒和催化效率较高的二氧化钛微纳米颗粒来构建微光源-微纳催化物体系（如图2）。



图2. SAOE-Ti2O微光源-微纳催化物体系

居中的为SAOE颗粒，通过化学键附着在其上的为Ti2O颗粒。当外源性刺激（机械力、声波等）施加在复合体系上时，SAOE颗粒发出绿光，附着其上的催化物Ti2O颗粒启动催化作用。



图3. 声波作用下SAOE-Ti2O微光源-微纳催化物体系的发光（a）于其在人体内反应的示意图（b）

2. 超声驱动的光照射
与上篇文章一个不同点在于，这里力致发光的力，由机械力变成了超声波。这还是可以理解的，人体组织内怎么能给得到机械力呢。作者也在文章中测试了SAOE-Ti2O微光源-微纳催化物体系对于外源性超声波刺激的发光响应（如图3a）。当声波开启时，立刻检测到强烈的发光信号（上升突起部分），当声波停止，发光信号立刻衰减（下降凹陷部分）。当微体系通过口服或者注射进入人体内，通过外源性超声波，即可对催化剂提供持续且精确的光源照射。
3. 超声驱动的光催化
作者也在文章中测试了体系对于分解目标的超声驱动光催化效果（如图4）。在五个小时的超声驱动之后，左侧含催化体系的目标分解物分解率达到了50%左右，而右侧不含催化体系的目标分解物则几乎没有变化。



图4. 超声驱动的光催化效果

4. 靶向精确定位？
作者文章内的研究到此就结束了。然而我们可能还有一些疑问，文章开头不是提到了要精确进入患病部位吗？这哪里有？！不要着急，微光源-微纳催化物体系还可以扩展为针对目标抗原的抗体-微光源-微纳催化物靶向体系。通过微纳米体系的抗体与目标表面抗原的特异性结合，对目标实现精准打击。这样的微纳米靶向体系科学家们已经做了无数研究，发表了上千篇论文，正在朝着实用化一步步推进。
我们在这两期文章中介绍了力致发光材料作为“光源”本身在未来科技中的发展。材料本身发出的“光”作为一种与外部驱动（力、声）紧密相关的可以被精确测量的电磁波信号，则又提供了一种快速检测外部驱动变量的检测思路和方法。所以在接下的文章中，我们将给大家介绍科学家奇思妙想研发出的各种力致发光传感器。

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