基于上转换纳米粒子制备的生物学相关刚度机械敏感性聚合物基质
应用物理
2025-11-18 v1
摘要
上转换纳米粒子（UCNPs）因其近红外激发、低毒性、光稳定性以及对微牛顦力的线性色彩灵敏性而成为有前景的光学机械力传感器。最近，基于 UCNPs 嵌入聚苯磺酸微珠的复合力传感器实现了对活体线虫摄食力的实时测量。然而，聚苯磺酸相对较大的刚度仅使其在生物组织的小部分子集中与医学应用相关。为促进 UCNPs 部署于各种机械性能的生物组织中，我们扩展了基于聚合物的 UCNP 复合体系，通过在三种具有不同刚度的聚合物基质中嵌入 UCNPs（环氧树脂、聚二甲硅氢烷和海藻酸盐水凝胶）来实现。此外，为增强这些复合材料的机械灵敏性，我们系统性地研究了两种不同的 SrLuF 基于 UCNPs 的核心壳结构，其中掺杂了镱、铕以及不同浓度的锶。我们使用共定位的原子力显微镜和共聚焦显微镜对聚合物 UCNP 复合材料的光学力灵敏性进行校准。以红色至绿色发射比例（Delta Percent IRed:IGreen）作为力读数，我们确定在环氧树脂中分散的 SrLuF:Yb0.28Er0.025Mn0.013 带 SrYF 惰性壳的 UCNP exhibits 最大的发射颜色变化（12 Delta Percent IRed:IGreen 每微牛顦）。最后，我们在环氧 UCNP 复合材料中宏观尺度上测量力量，位于鸡翅骨关节之间，使用商业可用的宽场显微镜，从而演示了其原位测量压力的能力。该工作确立了 UCNP 聚合物复合体系在几何和机械性质多样的生物系统中进行力感测的实用性和模块性。
引用
@article{arxiv.2511.11858,
title = {Mechanosensitive polymer matrices of biologically-relevant compliance based on upconverting nanoparticles},
author = {Cindy H. Shi and Mia C. Cano and Jason R. Casar and Parivash Moradifar and Beatriz G. Robinson and Julia A. Kaltschmidt and Miriam B. Goodman and Jennifer A. Dionne},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.11858},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 5 figures