CN102782573A - 在治疗和诊断中应用的稀土掺杂上转换纳米颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种上转换纳米颗粒(UCNP)的组合物，由硅壳包裹，并包括稀土元素及其它成分。在一项具体实施例中，光敏剂被整合入硅壳内。在另一项实施例中，组合物进一步包括一个靶向分子。在另一项实施例中，小分子干扰RNA(siRNA)分子也吸附到含靶向分子的硅壳中。本发明进一步提供合成这种组合物及在治疗和诊断应用程序中使用它们的方法。在这些应用中，使用红外或近红外激活来激发UCNP。

Description

在治疗和诊断中应用的稀土掺杂上转换纳米颗粒
与本专利申请相关的交叉引用
本申请要求了申请日为2009年11月22日、申请号为61/263,392的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用包含于此。
发明的领域
本发明涉及一种组合物，该组合物包括由硅壳包裹的稀土掺杂上转换纳米颗粒(UCNP)的这一组合物能增强化学药物、小干扰RNA(siRNA)抑制剂或多肽药物的释放；本发明同时提供了合成这种纳米颗粒的方法，以及这一组合物在治疗各种人类疾病的应用。其中的一个例子是在UCNP的协助下采用siRNA抑制剂来治疗癌症。红外光线激发上转换纳米颗粒发出可见光，从而激活附在UCNPs上的光敏剂，以产生单线态氧(singlet oxygen)，毁坏内涵体膜，促进siRNA导入细胞质和释放，从而有效治疗组织深部的肿瘤。
背景技术
RNA干扰(RNAi)是一种生物学调节机制，一些双链RNA(dsRNA)可以干扰与之具有序列同源性的特定基因的表达。在哺乳动物细胞质中，RNA沉默(基因沉默)是由一种名为Dicer的酶所启动的，Dicer首先将长的dsRNA分子分解成21-25个核苷酸长度的小干扰RNA(siRNA)。所生成的siRNA整合到RNA诱导的沉默复合物(RISC)中，并解开成单链RNA(ssRNA)，然后正义链ssRNA被降解。而含有引导连或反义链的RISC，找出序列互补的mRNA并与之结合，被结合的mRNA受到RISC中负责mRNA降解的酶Argonaute的作用，引起mRNA表达下调。
由于其高度的特异性、高效率和极大的简便性，RNAi介导的基因沉默已经成为功能基因分析的一项重要工具。此外，它还提供了一种最具吸引力的治疗各类疾病，包括病毒感染和癌症肿瘤的基因治疗方法。许多类型的疾病都可能成为以RNAi为基础的治疗方式的潜在靶标。
然而，siRNA治疗中，最大的挑战是siRNA的导入和在靶细胞中的释放。siRNA是携带负电荷、亲水性的，由于会与细胞膜负电荷相互排斥，难以通过被动扩散机制进入细胞。此外，由于快速的酶降解和肾脏清除机理，将未经处理的裸siRNA体内导入到疾病位点依然是一项很大的难题。为了诱导转录后的基因沉默，siRNA分子必须进入到靶细胞的细胞质内，目前仍然存在的另一项巨大挑战、同时是获得有效siRNA沉默的关键步骤之一是使siRNA如何有效避开溶酶体到达细胞溶质(cytosol)。
癌症是一组特定类型的疾病，其特征是异常细胞不可控制地生长和扩散。不治疗时，癌症将对生活质量产生不利影响甚至导致死亡。据国家癌症研究所(NCI)的报告，自从1990年以来有超过1800万病人被诊断患上癌症。在美国，癌症是仅次于心脏疾病的引起死亡的第二大原因。NCI估计2005年将有563700人死于癌症，每天超过1500人。目前，有许多方法来治疗癌症肿瘤，但这些方法在实际应用中都有一定的限制。例如，放射治疗是目前一种最常用也只有效的治疗多种癌症的方法。在北美，有超过一半的癌症病人接受放射治疗，然而治疗中使用的高能射线经常导致正常细胞损伤和脱发等副作用。此外，放射治疗中的次级电子会在细胞内产生高活性化学自由基，这些自由基能打断正常细胞DNA中的化学键，使细胞失去再生能力。
自20世纪80年代以来，光动力学疗法(PDT)已经发展成为一项新的有效的肿瘤治疗方式。PDT系统中，必须使用光敏剂和可见光来产生单线态氧以杀死肿瘤细胞。一些研究表明，除了直接杀死肿瘤细胞，PDT还能通过其他两种途径使肿瘤缩小或者摧毁肿瘤。光敏剂能毁坏肿瘤内的血管，阻止肿瘤细胞吸收必需的养分。此外，PDT还可以通过激活免疫系统来攻击癌细胞。然而，PDT技术在临床应用上受到限制，因为需要光来激活光敏剂，而普通可见光不能穿透超过1/3英寸(1厘米)厚的组织。因为这一点，PDT通常用于治疗皮肤表面或者浅表皮下的肿瘤，或者内脏界面或腔道内的肿瘤。PDT在治疗深部位肿瘤时也往往失效，因为光不能穿过组织进入肿瘤内。
近期有研究表明单线态氧能够使内涵体膜破裂，从而促进siRNA分子的运输和释放进入细胞溶质。基于这一特性，我们实验室已经开发了一种新的光化学内化(PCI)技术用于siRNA治疗(Sabrina Oliveira et al.，Biochimica et BiophysicaActa，2007，1768，1211-1217)。PCI作为运输工具的一个主要优点是细胞内位点特异性，siRNA能够被导入定位到预期的特定细胞，这更有利于减少非特异性。
然而，这一技术的主要挑战是光很难渗透到皮肤和组织深处。就采用PDT系统进行siRNA导入而言，促进光敏剂产生单线态氧来治疗癌症是重要的一个环节，如何有效激发光敏剂产生单线态氧用于治疗癌症，特别是治疗深部位癌症，是该项技术的研究焦点。据我们所知，大多数光敏剂的吸收波长小于700nm。例如，通常可购买获得的所有卟啉(Porphyrin)类化合物，如photofrin在400nm附近有强吸收。为了治疗肿瘤，特别是机体深部的肿瘤，波长小于700nm的不能直接作为激发光敏剂的辐射源，因为光敏剂位于肿瘤附近，而多数组织发色团(chromophore)很容易吸收可见光，导致无法有效产生单线态氧。
最近，有种名为稀土掺杂的上转换纳米颗粒的新型材料被开发出来，这种材料具有特殊而有趣的光学特性，在红外(IR)或者近红外(NIR)激发光源的激发下，可以产生可见光范围内的荧光激发。IR或NIR由于很少被机体组织吸收，可以渗透进入组织深处。基于这一光学特性，深部组织定位的上转换纳米颗粒(UCNP)能够有效被红外或近红外激发产生可见光，从而激活上转换纳米颗粒表面的光敏剂，释放单线态氧。例如，NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的激发光谱有三个条带，峰值分别接近525、542和645nm，它们分别能够通过2H11/2→4I15/2，4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的途径转变成Er3+离子。基于以上这些知识，我们设计了联合siRNA和PDT的新型治疗系统，用于治疗癌症和其他疾病。
发明内容
本发明提供一种组合物，该组合物包含硅壳包裹的上转换纳米颗粒(UCNP)，并在硅壳中整合了光敏剂。在一项实施例中，组合物进一步包含一靶向分子，该分子吸附到硅壳上。在另一项实施例中，组合物的硅壳中吸附了靶向分子和小干扰RNA(siRNA)分子。
本发明还提供了一种药物组合物，包含UCNP组分和制药学上认可的载体。
本发明的组合物用于治疗人类和其他哺乳动物的疾病。在一项实施例中，本发明提供一种治疗哺乳动物实体瘤的方法，在给予哺乳动物有效剂量的本发明组合物后，采用红外或近红外激发动物实体瘤附近的药物组合物。在另一项实施例中，本发明提供治疗哺乳动物炎症疾病的方法，对动物给予有效剂量的本发明的组合物，并采用红外或近红外激发动物炎症部位附近的药物组合物。在优选的实施例中，哺乳动物是指人类。
本发明还提供一种组合物，该组合物由硅壳所包裹的上转换纳米颗粒(UCNP)和吸附在硅壳上的一种靶向分子组成。该组合物可用于检测溶液或混合物中的待分析物(analyte)，或用于检测溶液或混合物中待分析物的数量或浓度。方法包括以下步骤：a)将包含硅壳包裹的稀土掺杂UCNP以及吸附于硅壳的靶向分子的组合物与溶液或混合物作用足够长的时间，便于组分与待分析物结合；b)采用IR或NIR光处理溶液或混合物；c)检测荧光强度。
本发明同时提供稀土掺杂UCNP的制备方法。为了得到治疗用的组合物，由硅壳包裹的UCNP和硅壳中的光敏剂合成，然后将靶向分子吸附到硅壳中。在一项实施例中，将siRNA分子也吸附到硅壳上。为了得到分析检测用的组合物，UCNP与硅壳合成，且靶向分子吸附到硅壳上。在另一项实施例中，将磁珠吸附到硅壳上。
附图简要说明
图1(左)显示上转换NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的TEM(透射电子显微镜)照片，(右)NaYF4:Yb-Er纳米颗粒溶液受980nm的IR激光激发后的图片。即使在室内光下，都可以观察到己烷溶液中纳米颗粒发出的强烈的上转换荧光。
图2，上转换NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的发射光谱(上)和X射线衍射(XRD)图谱(下)。
图3，(左)硅壳包裹的NaYF4:Yb-Er上转换纳米颗粒TEM照片，(右)采用40mV 980nm激光激发纳米颗粒水溶液的照片。在室内光下都可以观察到明亮的发射光。
图4，(A)：IR激发含硅壳的上转换纳米材料(UCM)的荧光图；(B)：乳腺癌细胞系MDA-MB-435接种无胸腺小鼠(nu/numouse)的异种移植瘤；(C)：IR可以穿透小鼠皮肤激活皮下注射进入体内的UCM；(D)IR可以深入异种移植瘤激发UCM。
图5显示N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺(TSDT)分子结构(左)和TSDT使纳米颗粒表面功能化的示意图。
图6显示DLS(动态光散射)分析表面修饰的上转换NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的粒径分布情况，平均粒径是53.8nm。
图7，(上)将单克隆抗体、蛋白或多肽通过共价键连接到UCNP表面，(下)siRNA分子吸附到UCNP表面。
图8显示Cy3标记的siRNA-UCNP复合物(Cy3标记的siRNA与UCNP的质量比为0.44)转染两种细胞系HEK293(上)和HepG2(下)，并用荧光显微镜在明视野(左)和暗视野(右)下观察。
图9，有IR激发或无IR激发情况下，siRNA-UCNP复合物或表面修饰的UCNP在PC-3细胞系中的基因沉默效率。
图10显示siRNA-UCNP药物系统导入肿瘤细胞后，设想的IR激发工作原理。
图11显示采用UCNP直接检测待分析物。标记的是硅壳包裹的UCNP，不含光敏剂。使用传统的化学交联技术，通过靶向分子的功能团将其连接到靶向分子上。
图12，使用硅壳包裹的UCNP作为标记，通过三明治模式检测待分析物。
图13，使用硅壳包裹的UCNP作为标记，通过竞争性模式检测待分析物。
图14，使用硅壳包裹的UCNP作为标记的DNA探针实验。
发明的详细描述
本发明提供了特定的上转换纳米颗粒、该颗粒的制备方法和用这些颗粒治疗或诊断哺乳动物(如病人)的疾病或其他状况的方法。此处所述的上转换纳米颗粒(UCNP)是大小为几纳米到几百纳米的颗粒，当用低能(长波长)的光(如红外光)激发时能够产生高能(短波长)的发射光(例如可见光)。这一点不同于传统的荧光材料，后者需要高能光(如紫外光)激发才能产生低能发射光(如可见光)。
颗粒是稀土元素掺杂的，并包裹在硅壳层内。在一项实施例中，光敏剂整合到硅壳层内。一方面，靶向分子也可以吸附于这一组合物的硅壳中。另一方面，小干扰RNA(siRNA)分子也可以吸附于组合物的硅壳中。
在红外(IR)或近红外(NIR)光源激发下，纳米颗粒在可见光区域产生荧光激发。IR和NIR很少被组织吸收，可以深入组织深部。例如，用980nm的IR光激发后，UCNP能产生一系列的激发荧光。
UCNP由稀土元素制成。在一项实施例中，元素选自钇(Y)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镱(Yb)。一方面，UCNP的分子式为NaYF4:Yb-Ln，其中Ln是Er、Tm或Ho中的一种。也就是说，UCNP可是以下结构中的一种：NaYF4:Yb-Er、NaYF4:Yb-Tm或NaYF4:Yb-Ho。Y元素的摩尔比从约60％到约90％，Yb元素的摩尔比从约10％到约40％，Ln元素(Er、Tm或Ho)的摩尔比从约0.1％到约30％。
光敏剂是一种在特定波长激发后可产生单线态氧的光敏感性化学物。单线态氧是非常活跃的化学分子，能迅速与邻近的生物分子发生反应。在本发明的组合物中，这一便利条件使siRNA或其他治疗分子有效导入并释放到细胞溶质中，从而杀死肿瘤和其他细胞。在一项实施例中，光敏剂是有机染料，在IR或NIR光激活UCNP所产生的光的刺激下能够产生单线态氧。在理想的情况下，光敏剂所具有的强烈的吸收峰最好与上转换纳米颗粒的发射峰相匹配，从而可以从UCNP的发射光中吸收光能。在了解本发明的细节之后，熟习本领域的科研人员可以决定哪些卟啉类衍生物能满足这样的要求。原则上，光敏剂的光吸收能力越强，来自UCNP的光能也就能更容易更有效地被吸收，因为光敏剂的吸收反映了对特定波长光的敏感性。在较为理想的情形下，每个光敏剂分子紧密附着在UCNP上，光敏剂分子和UCNP之间距离很近，从而使它们之间能有效发生能量转移。不受理论束缚，我们认为较好的距离是约1到约30nm，这将导致有超过50％的能量从供体转移到受体。以部花青540(merocyanine540)和亚甲基蓝作为本发明的UCNP的光敏剂为例进行说明。
为了便于siRNA和靶向分子吸附，硅壳层进行了功能化处理。在一项实施例中，用一种化合物提供可用的功能基团用于表面功能化，3-氨基丙基三乙氧基硅烷就是这样的化合物。在另一项实施例中，一种化合物可以用两个甚至更多的功能基团用于表面功能化，例如N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-乙二胺和N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺。可利用的功能团包括氨基、羧基和卤元子(例如溴、氯、氟或碘)。优选的功能团包括-NH2、-NH-、-NR2、-COOH、或-X，其中X是指卤原子，R是任何碳氢化合链。硅壳层的功能化使之具有了功能基团，例如-NH2、-NH-、-NR2、-COOH、或-X，其中X是指卤原子，R是任何碳氢化合链。
siRNA分子能结合单链RNA分子，这种单链RNA可以是信使RNA(mRNA)，编码至少一种多肽或蛋白的一部分，多肽或蛋白的活性是促进人体或其他哺乳动物的肿瘤发生、血管生成、细胞增殖、抗凋亡或炎症发生。siRNA结合的单链RNA也可以是micro-RNA(miRNA)，其功能是促进人体或其他哺乳动物的肿瘤发生、血管生成、细胞增殖、抗凋亡或炎症发生。例如，mRNA编码的蛋白可以是致癌通路的蛋白，促血管生成通路的蛋白，或者是抗凋亡途径的蛋白。在一项实施例中，这些siRNA分子是约19到约35个碱基对的寡聚核苷酸。在另一项实施例中，这些siRNA分子是约19到约27个碱基对的寡聚核苷酸。在此外的另一项实施例中，这些siRNA分子是约21到约25个碱基对的寡聚核苷酸。在所有这些实施例中，siRNA分子可以是两端均为平末端，或者两端均为粘性末端，或者一端为平末端一端为粘性末端。在一项特定的具体实施例中，它的两端均为平末端。
例如，用来作为治疗药物的组分的靶向针对人VEGF基因的长度为25的siRNA，hVEGF-25c(正义链：5’-CACAACAAAUGUGAAUGCAGACCAA-3’；反义链：5’-UUGGUCUGCAUUCACAUUUGUUGUG-3’)，或者长度为21的特异性抑制双链hVEGF-21a(正义链：5’-UCGAGACCCUGGUGGACAUTT-3’；反义链：5’-AUGUCCACCAGGGUCUCGATT-3’)。这些siRNA序列可用于沉默致病蛋白质分子的基因表达。例如，靶标蛋白质分子可以是VEGF通路中的蛋白质分子，或EGFR通路中的蛋白质分子，或MGMT通路中的蛋白质分子，或RAF通路中的蛋白质分子，或MMP通路中的蛋白质分子，或mTOR通路中的蛋白质分子，或TGFβ通路中的蛋白质分子，或Cox-2通路中的蛋白质分子。在下述一项实施例中，靶标蛋白分子可以是以下分子中的一个：VEGF、EGFR、PI3K、AKT、AGT、RAF1、RAS、MAPK、ERK、MGMT、MMP-2、MMP-9、PDGF、PDGFR、IGF-1、HGF、mTOR、Cox-2或TGFβ1。在另一项实施例中，靶标蛋白分子可以是VEGF、EGFR、MGMT、MMP-2、MMP-9或PDGF。在此外的另一项实施例中，靶标蛋白分子可以是RAF1、mTOR、Cox-2或TGFβ1。
UCNP可以同时携带一种以上的siRNA，即不同的siRNA针对不同的细胞内靶标。在一项实施例中，每种UCNP可以同时携带三种不同的siRNA，分别与不同的靶标结合。也就是说，这些siRNA能结合至少一种mRNA和至少一种miRNA分子，或者它们能结合至少两种siRNA分子；或者它们能结合编码不同蛋白的不同mRNA分子。这些靶标蛋白质分子可以是同一细胞信号通路或者不同的细胞信号通路的调节分子。
靶向分子是吸附于UCNP、便于UCNP在哺乳动物体内外导入或者便于UCNP对溶液或混合物中待分析物进行检测的任何分子。在一项实施例中，靶向分子是一种抗体，既可以是多克隆抗体，也可以是单克隆抗体。在一项优选的实施例中，抗体是单克隆抗体，其类型可以是IgA、IgD、IgE、IgG和IgM，能够与细胞表面的抗原或标志物特异性结合。单链抗体或者抗体的片段也可以作为一种靶向分子。
在另一项实施例中，靶向分子是多肽或蛋白。在优选的实施例中，多肽是PCSVTCGNGIQVRIK，靶标是肝细胞癌症细胞。这一多肽来源于环孢子蛋白(CST，circumsporozoite protein)高度保守的C末端，环孢子蛋白被孢子体包裹，使其在体内肝实质细胞中累积。一种靠二硫键维持稳定的RGD多肽(例如Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro，GRGDSP或H-ACRGDMFGCA-OH或含Arg-Gly-Asp核心序列的其它多肽)也可以用于靶向肿瘤。RGD多肽是一种特异性配体，与alpha(v)beta3和alpha(v)beta5整合素结合，这类整合素在肿瘤新生血管内皮细胞过量表达。近期，新鉴别了一种FROP多肽(H-EDYELMDLLAYL-OH)具有独特的肿瘤和肿瘤血管靶向特征。一种RVG多肽，如H-YTIWMPENPRPGTPCDIFTNSRGKRASNG-OH，具有穿透血脑屏障靶向神经细胞的特性。在这一领域的研究人员根据本发明的说明，可以找到具有组织和细胞特异性的其它多肽分子。
本发明的UCNP也可以包括至少一种另外的核苷酸，如一种小干扰RNA寡聚物、一种DNA寡聚核苷酸、一种微RNA(miRNA)寡聚物、一种适体、一种质粒、或一种mRNA、或具有特定疗效的短的寡聚核苷酸。这类核苷酸可以作为治疗分子或者靶向分子。
在一项优选的实施例中，本发明的组合物包含一种被硅壳包裹的稀土掺杂上转换纳米颗粒、整合到硅壳中的光敏剂、吸附到硅壳上的靶向分子和siRNA分子。硅壳的厚度可以从大约5nm到约20nm，siRNA分子是长度为21-25个碱基对的寡聚核苷酸。优选的，稀土掺杂的纳米颗粒包含NaYF4:Yb-Er、NaYF4:Yb-Tm或NaYF4:Yb-Ho。
在一项实施例中，UCNP的硅壳还包括至少一种通过静电吸附的小分子药物。例如，这类药物包括顺铂(cisplatin)、卡铂(carboplatin)、奥沙利铂(oxaliplatin)、紫杉醇(paclitaexl)、多烯紫杉醇(docetaxel)和丝裂霉素(mitomycin)。
本发明还包括将本发明的UCNP与制药学上认可的载体联合使用。在一项实施例中，载体包含至少如下的一种：葡萄糖溶液、多聚阳离子结合剂、阳离子脂质体、阳离子胶束、阳离子多肽、亲水性多聚接枝状聚合物、配体功能性阳离子聚合物或配体功能性脂质体。在另一项实施例中，上述聚合物包含生物可降解的组氨酸-赖氨酸多聚物，生物可降解的聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)、聚酰胺(PAMAM)树枝状聚合物、阳离子脂质体(例如DOTAP)和聚乙二醇化的聚乙烯亚安(PEG-PEI)。在另一项实施例中，所采用的载体是组氨酸-赖氨酸多肽，与siRNA分子形成纳米颗粒，颗粒直径是约100nm到约500nm。在更进一步的实施例中，配体包含一个或多个RGD多肽，例如H-ACRGDMFGCA-OH，和一个RVG多肽，例如H-YTIWMPENPRPGTPCDIFTNSRGKRASNG-OH，或一个FROP多肽，如H-EDYELMDLLAYL-OH。
本发明的UCNP组合物的制备分成几个步骤。在一项实施例中，最初的组合物是合成一具有硅壳的UCNP，并将光敏剂整合到硅壳中。另一种替代的方法是在同一反应中完成硅壳合成和光敏剂整合进入UCNP。然后，将一个或多个带有功能团的化合物加到硅壳上。随后将靶向分子和siRNA分子加到硅壳。
在发明的一项实施例中，组合物的合成步骤为：
a)合成稀土掺杂的上转换纳米颗粒；
b)在纳米颗粒表面增加一层硅层；
c)如果用于治疗，将光敏剂整合入硅层；
d)用带氨基的化合物修饰纳米颗粒表面硅壳层，使其带上功能化基团并携带正电荷；
e)通过功能基团通过共价键连接一个靶向性分子到表面；
f)通过静电相互作用将siRNA吸附到颗粒表面的硅壳层。
在一项实施例中，利用反相微乳技术将光敏剂整合到硅壳层内。然后，一种或多种携带功能团的化合物吸附到硅壳层，使其带上正电荷。较为理想的情况下，所采用的化合物有至少一个氨基，也可以再包含其它功能团，包括氨基、羧基或一个卤素原子，例如3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-乙二胺和N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺。以EDC/NHS作为交联剂的催化氨基和羧酸基的偶联反应，可以将抗体共价连接到颗粒表面。而siRNA分子通过与正电荷的静电相互作用吸附到硅壳中。
UCNP合成的最初的成核过程是在室温下进行的，然后在更高温度下逐渐增大，为了控制纳米颗粒的大小和均匀程度，需使用特定溶剂回流0.5小时到10小时不等。在一项优选的实施例中，合成采用钇盐作为钇的来源，镱盐作为镱的来源，铒盐作为的铒来源，铥盐作为的铥来源，钬盐作为的钬来源。这些盐是相应的金属氯化物、金属硝酸盐、金属醋酸盐或金属碳酸盐。如果采用水或乙醇或它们的混合物作为溶剂，采用离心方式从反应溶液中分离产物，再重新分散(复溶)到如有机溶剂中，这些有机溶剂可以是长链脂肪酸、长链脂肪胺、1-十八烷烯和长链脂肪酸的混合物、或1-十八烷烯和长链脂肪胺或三辛基膦的混合物。然后，将溶液加热以提高反应温度，接着回流一段时间以便颗粒长大到需要的大小。可以加入柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠(EDTA)作为稳定剂来包被纳米颗粒表面。如果成核过程中，采用脂肪酸或者1-十八烷烯和脂肪酸的混合物作为溶剂，则以脂肪酸的约5％到约15％(摩尔比例)的量加入氢氧化钠，形成钠阳离子和脂肪酸阴离子，后者作为稳定纳米颗粒的封端试剂。
本发明中的组合物用于治疗人体和其他哺乳动物的疾病。在一项实施例中，本发明的方法可用于实体瘤的治疗，是通过系统给药提供治疗剂量的发明组合物，并应用红外射线或近红外射线激发位于实体瘤附近的组合物，从而治疗哺乳动物实体瘤。这些实体瘤可以是非小细胞肺癌、乳腺癌、肝癌、肾癌、前列腺癌或大肠癌。在另一项实施例中，本发明提供了一治疗炎症的治疗方法，通过系统给予治疗剂量的发明组合物，并应用红外射线或近红外射线激发炎症附近的组合物，从而治疗哺乳动物炎症疾病。这些炎症疾病包括炎症性肠病(IBD)、克罗恩病(Crohn′s Disease)或风湿性关节炎。
在一项实施例中，哺乳动物是人类，或非人类灵长动物，或啮齿动物，如小鼠和大鼠，或豚鼠。啮齿类动物特别适合于本组合物的实验室研究。在一项优选的实施例中，哺乳动物是人类。组合物可以通过本行业公认和熟知的制药学上认可的载体导入需要治疗的主体。给药的方法包括静脉注射、腹腔注射、局部皮下注射、大脑内注射、关节内注射和肌肉内注射。
比目前的治疗相比，本发明具有几大优势。采用UCNP和siRNA结合PDT治疗，同时促进siRNA导入和PDT对机体深部实体瘤的治疗。纳米颗粒的小尺寸有利于它们进入肿瘤细胞，它们极大的表面积便于进行生物兼容性功能团修饰。上转换纳米颗粒在IR或NIR的激发下可以发出可见光，而IR或NIR很少被机体组织吸收，可以深入组织深部。IR和NIR对细胞和组织的危害比较小，可以减少无意引起的组织损伤。使用更便宜的连续波二极管IR和NIR激光激发上转换可以进一步降低治疗成本。
在另一项实施例中，本发明的组合物是硅壳包裹的稀土掺杂UCNP，并且有靶向分子吸附在硅壳上。靶向分子是抗体、多肽、蛋白或核苷酸。一方面，靶向分子是抗体。另一方面，也可以是与待检测的核苷酸互补的DNA寡聚核苷酸，这样就成为一种DNA探针。
如上所述，通过合成稀土元素掺杂的UCNP和硅壳层，并将靶向分子吸附到硅壳层内，从而得到组合物。
本发明的组合物也可以用于检测溶液或混合物中的待分析物，或者用于测定溶液或混合液中待分析物的数量或浓度，它们在体外诊断检测中特别有用。检测包括以下步骤：a)将包含稀土元素掺杂的UCNP的组合物与溶液或混合物作用足够长的时间，便于UCNP与待分析物结合，其中，组合物中的稀土掺杂UCNP由硅壳包裹，并具有吸附于硅壳的靶向分子；b)采用IR或NIR光处理溶液或混合物；c)检测荧光强度。可以采用不同的检测形式，见图11-14。
本发明的实施例还包括一试剂盒，包括UCNP组合物、盛装组合物的容器和试剂盒使用说明。
一方面，组合物还包括吸附于硅壳的磁珠，通过磁性从混合物或溶液中分离结合了待分析物的组合物。
实验部分
设计
我们设计了一种新型的siRNA治疗剂治疗癌症肿瘤的方式，其中采用稀土掺杂的上转换纳米颗粒作为辅助，整个过程如下：
1.合成上转换纳米颗粒，与有机染料和量子点(S.Jiang，et al.J.R.Soc.Interface.2010，7，3-18)相比，上转换纳米颗粒具有低毒性和自发荧光等优点；
2.将光敏剂吸附到纳米颗粒表面，形成多孔的硅壳，光敏剂在光激发下所产生的单线态氧可以通过具有多孔的硅壳而释放；
3.使用氨基复合物对纳米颗粒表面进行功能化处理，以提供正电荷便于静电吸附siRNA，并保护核酸免遭酶的降解；
4.将抗体通过共价键连接到纳米颗粒上，以便有效特异地导入靶细胞；
5.通过静电作用将siRNA吸附到纳米颗粒表面。
执行：
1.合成稀土掺杂上转换纳米颗粒NaYF4:Yb-Ln(Ln＝Er、Tm或Ho)：
UCNP合成的最初的成核过程是在室温下进行的，然后在更高温度下逐渐增大，为了控制纳米颗粒的大小和均匀程度，需使用特定溶剂回流0.5小时到10小时不等。
1)采用钇盐作为钇的来源，镱盐作为镱的来源，铒盐作为的铒来源，铥盐作为的铥来源，钬盐作为的钬来源。这些盐是相应的金属氯化物、金属硝酸盐、金属醋酸盐或金属碳酸盐。含氟物质可以是氟化钠或氟化铵。
2)组合物总的分子式，Y元素的摩尔比从约60％到约90％，Yb元素的摩尔比从约10％到约40％，Ln元素(Er、Tm或Ho)的摩尔比从约0.1％到约30％。例如，如果Y是80％和Yb是18％，则Ln占比2％。
3)阳离子反应物的浓度从0.01mol/L到0.1mol/L，阴离子反应物浓度从0.04mol/L到10mol/L。
4)成核时，所用溶剂可以是碳原子数为8-25个的长链脂肪酸，例如油酸或硬脂酸，或一种脂肪酸混合物和1-十八烷烯或三辛基膦或一种长链脂肪胺如油胺，或脂肪胺和1-十八烷烯的混合物或水或乙醇或水和乙醇的混合物。
5)成核过程中，如果采用水或乙醇或它们的混合物作为溶剂，采用离心方式从反应溶液中分离产物，再重新分散(复溶)到如有机溶剂中，这些有机溶剂可以是长链脂肪酸、长链脂肪胺、1-十八烷烯和长链脂肪酸的混合物、或1-十八烷烯和长链脂肪胺或三辛基膦的混合物。然后，将溶液加热以提高反应温度，接着回流0.5小时到10小时，以便颗粒长大到需要的大小。
6)成核过程中，如果采用上述除水或乙醇或它们的混合物之外的溶剂作为反应溶剂，采用离心方式从反应溶液中分离产物，再重新分散(复溶)到如有机溶剂中，这些有机溶剂可以是长链脂肪酸、长链脂肪胺、1-十八烷烯和长链脂肪酸的混合物、或1-十八烷烯和长链脂肪胺或三辛基膦的混合物。然后，将溶液加热以提高反应温度，接着回流0.5小时到10小时，以便颗粒长大到需要的大小。
7)作为一种替代的方式，可以不从反应溶液中分离产物，而通过提高反应温度直接加热包含产物的反应溶液0.5小时到10小时，以便颗粒长大到需要的大小。
8)成核过程中，如果采用水或乙醇或它们的混合物作为溶剂，需要加入柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠(EDTA)作为稳定剂来包被纳米颗粒表面。柠檬酸钠或EDTA的量为阳离子反应物的80％到120％。
9)成核过程中，如果采用脂肪酸或1-十八烷烯和脂肪酸的混合物作为溶剂，则按脂肪酸的5％-15％(摩尔比例)的量加入氢氧化钠，形成钠阳离子和脂肪酸阴离子，后者作为稳定纳米颗粒的加帽试剂。
10)在室温下往反应体系中加入含氟物质前，反应溶液应该加热到固体阳离子反应物完全溶解为止。
高质量的上转换纳米颗粒被合成，通过多种方法可以控制纳米颗粒的粒径大小在10nm到200nm之间。图1(左)显示了有机相方法制备的NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的TEM(透射电镜)照片。从图1(右)可以看到溶解于极性溶剂的合成的纳米颗粒形成透明溶液，当采用980nm的IR激光激发时，在室内光线下可以看到明亮的绿色荧光激发。图2显示了上转换NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的发射光谱(上)和广谱X射线衍射(XRD)图谱(下)，可以看到在541nm处有很强的峰值，纳米颗粒有纯六角形的晶体结构。
2.将光敏剂吸附到上转换纳米颗粒：
光敏剂是一种光敏感性化合物，受特定波长激发后可产生单线态氧。单线态氧是非常活跃的化学分子，能迅速与邻近的生物分子发生反应，使siRNA有效导入并释放到细胞溶质中，从而杀死肿瘤和其他细胞。为了有效激发光敏剂产生单线态氧，所选的光敏剂应该具有的强烈的吸收峰，并且与上转换纳米颗粒的发射峰值相匹配，使其能有效吸收从上转换纳米颗粒发射的光能。此外，为了有效激发光敏剂产生单线态氧，光敏剂分子应该紧固地吸附在上转换纳米颗粒上，光敏剂分子和纳米颗粒之间的距离应该足够短，便于它们之间可以有效传递能量。
我们设计了一种方法，采用反相微乳化技术将光敏剂整合到上转换纳米颗粒上的多孔的薄的硅壳层中。
1)在该反相微乳化系统中，一种非极性化合物，如环己烷、甲苯或正己烷，作为有机相，水(water)或水溶液(aqueous solution)作为水相。表面活性剂可以是Igepal TMCO-520、聚乙二醇4-壬苯基3-磺丙基醚钾盐、泊洛沙姆(Synperonic)NP-5或曲拉通(Triton)X-100(Sigma-Aldrich)。
2)在此过程中，光敏剂整合到上转换纳米颗粒上形成的硅壳内。
3)光敏剂可以是亲水性的，也可以是疏水性的。如果是亲水性的，加入水溶液到反应体系中，使其整合入硅壳层；如果是疏水性的，加入环己烷溶液到反应体系中，使其整合入硅壳层。
4)以正硅酸乙酯(TEOS)作为硅的来源，氨水溶液作为催化剂促进TEOS水解形成硅壳。
5)通过改变反应时间和TEOS的量控制硅壳的厚度。
图3(左)显示了硅壳包裹的NaYF4:Yb-Er上转换纳米颗粒的YEM照片，它们的平均直径月49nm，颗粒表面硅层厚度约7nm。硅层包裹的纳米颗粒成为亲水性的，可以很好的分散在水中。图3(右)显示了硅壳包裹的NaYF4:Yb-Er上转换纳米颗粒水溶液的图片，在室内光线下用980nm激光激发可以发出明亮的可见光。
使用小鼠异种移植瘤模型，我们在体内确认了IR激发硅壳层包裹的、稀土掺杂的上转换材料(UCM)的可行性。将300立方毫米(mm3)注射进入肿瘤侧翼(图4)，980nm的激光进入肿瘤位点，引起的荧光发射可以通过肉眼或相机观察到。图4(A)显示了IR激发硅壳包裹的UCM后发出的荧光照片，图4(B)显示了人乳腺癌细胞系MDA-MB-435来源的异种移植瘤无胸腺(nu/nu)小鼠模型，图4(C)表明IR可以穿透小鼠皮肤激活皮下注射进入体内的UCM，图4(D)表明IR可以穿透机体进入肿瘤激发UCM。
3.纳米颗粒的表面功能化：
硅壳形成后，上转换纳米颗粒从疏水性变为亲水性，表面富含-Si-O-基团，可以进一步与含烷氧硅烷基(alkyloxysilyl)的化合物反应形成-O-Si-O-键。为了促使纳米颗粒表面功能化，一些含烷氧硅烷基的化合物和其它功能基团可以用于修饰表面，如-NH2、-NH-、-NR2、-COOH或-X，其中X是卤原子，R代表碳氢链。
1)在此过程中，选定的用于表面功能化的化合物可以是含一个功能团的化合物，如-NH2、-NH-、-NR2、-COOH或-X(如3-氨基丙基三乙氧基硅烷)，或同时含两个或更多功能团的化合物(如N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-乙二胺和N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺)。图5显示了TSDT的分子结构(左)和采用TSDT对纳米颗粒表面功能化的示意图。
2)在此过程中，两个或多个含不同基团的化合物(例如，一个化合物含羧基，另一个含氨基，可以是伯胺基、仲胺基或叔胺基)同时用于表面功能化。
3)在此过程中，化合物至少含有一个氨基和其它功能基团，例如另一个氨基或羧基或卤元素，对颗粒表面进行修饰，使得抗体或多肽及siRNA分子可以在随后的步骤中通过共价键连接到UCNP上。
4)当硅壳形成到一定厚度时，选定的用于表面功能化的化合物被添加到反应体系中，便于反应后期硅壳的形成。通常，优选的壳层厚度是约5nm到约20nm。厚度可以通过改变反应条件控制，如反应的浓度、反应时间和温度。较高浓度、更长的反应时间和更高的温度将导致硅壳层更厚。
5)选定的用于表面功能化的化合物可以被添加到新的反应体系中，通过加入少量(20-200μl)氨水溶液作为催化剂，纯化硅壳包裹的纳米颗粒可以重新分散(re-dispersed)在水中。
图6显示了用动态光散射(DLS)法分析表面修饰的上转换NaYF4:Yb-Er纳米颗粒的粒径分布情况。平均粒径大约为54nm，与没有进行功能分子表面修饰的硅壳包裹纳米颗粒接近。这说明可以极少凝集而很好地分散在溶剂(此处是水)中。
4.抗体分子通过共价键连接到纳米颗粒上：
为了有效将功能化纳米颗粒导入靶细胞，需要将抗体、多肽或其它靶向分子通过共价键连接到纳米颗粒表面。例如，EDC/NHS可以作为催化氨基和羧基之间偶联反应的有效偶联剂(参考图7)。
1)抗体分子通过共价键连接到纳米颗粒后，表面功能化分子的氨基应该保留，不与抗体或多肽反应，而用于最后将siRNA吸附到纳米颗粒上。
2)保留的氨基可以是伯胺基、仲胺基或叔胺基。
5.siRNA吸附到纳米颗粒表面：
纳米颗粒表面保留的氨基带正电荷，能够吸附带负电荷的siRNA分子。如果第3步中选择的表面功能化分子是同时含伯胺基和仲胺基的分子(除N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺外)，则在偶联反应中，抗体的羧酸基优先选择与更活跃的伯胺基反应，而仲胺基不参与反应。
以下实例阐述了本发明的特定的部分内容，但本发明内容所包含的不仅仅限于此。
实例
使用由硅壳包裹的且经过功能分子——如颗粒表面的TSDT——修饰过的稀土掺杂UCNP进行细胞转染实验，其中，硅壳中含有光敏剂。将特定数量的表面修饰过的UCNP与Cy3标记的siRNA按要求比例混合得到siRNA-UCNP混合物，在体外检测这一新型转染系统的转染效果，结果如图8所示，在荧光显微镜下观察对HEK293和HepG2两种细胞系的转染，可以看到十分有效的转染结果。
接着，检测这一导入系统的基因沉默效果。采用PC-3细胞系，设置不同条件的对照实验，比较基因沉默效率，结果如图9所示。可以看出，当siRNA-UCNP转染PC-3细胞并以IR激发，基因沉默效果最好，在图9中显示为细胞活力最低。似乎是从IR激发药物系统中释放的单线态氧和siRNA分子逃避了内涵体的捕获而进入细胞溶质，并共同作用杀死肿瘤细胞。如果是不含siRNA的表面修饰UCNP转染PC-3细胞系，接着用IR激发细胞，基因沉默效果也非常明显，这可能是光激活光敏剂分子产生单线态氧所致；然而如果没有IR激发细胞，表面修饰的UCNP没有任何肿瘤细胞杀伤功能。这一实验也证明了siRNA-UCNP复合物能高效转染到细胞内。
图10显示了siRNA-UCNP药物系统导入肿瘤细胞后IR激活的工作机理。当IR激发UCNP后，单线态氧从颗粒中释放出来，帮助破坏细胞膜，并促进siRNA以受体介导内吞进入细胞后逃避内涵体的作用。
NIR光谱的应用
乳腺癌中NIR光谱(spectroscopy)和成像的基础是肿瘤组织血管化(vascularization)/血管生成和氧消耗的改变，这些改变可以分别通过测定血红蛋白浓度和氧合状态(oxygenationstate)确定。一些研究人员开发了扩散光学成像DOI和扩散光谱技术DOS装置，基于氧合和脱氧血红蛋白的吸收，在650到980nm范围内的离散波长检测分析乳腺癌。NIR的组织吸收谱与体外定量血红蛋白浓度的激发谱高度匹配。
基于近红外(NIR)扩散光谱的光纤传感器可以提高图像引导的粗针活检的抽样效率(sampling yield)。在650-1000nm的NIR光谱范围内，组织中光散射数量比吸收数量要大两个数量级。这使得光能在被组织吸收或检测器收集前穿透几厘米厚的组织进入乳腺癌。根据辐射输送方程的扩散近似值，使用光传播模式定量测定组织对NIR光的吸收和散射特性。扩散方程可用来计算组织对NIR光谱的漫反射光的吸收和散射的系数，从中可以导出组织构成。乳腺组织的内源性光吸收成分(endogenous absorber)包括氧合血红蛋白(HbO2)、脱氧血红蛋白(Hb)、水和脂类。内源的散射与细胞内和细胞外组分的大小、形状及折射率的微观变化有关。采用各种不同的技术，包括免疫组化、针型氧电极和核磁共振，组织血管、血红蛋白氧饱和度和水含量都可以作为诊断乳腺癌的标志物。与正常乳腺组织相比，乳腺癌血管密度更高，含有缺氧区域，并且水含量升高。NIR扩散光谱学提供了一种快速定量检测乳腺癌组分的生理和结构特征和体外诊断乳腺癌的方法。NIR扩散光谱已经广泛用于完整乳腺癌的观察，检测乳腺内的肿瘤对辅助化疗的反应，定量测定更年期对乳腺癌的影响，以及乳腺组织灌注研究。NIR扩散光谱可用于乳腺癌的诊断和治疗。
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所有公开发表的作品，包括授权专利和提出的专利申请，以及所有通过url地址或登录号进入的数据库入口，均通过引用包含于此。
尽管本发明已经对许多实施例进行了描述，也阐述了许多细节，但是那些熟悉本发明领域的技术人员可以很明显地看出其它看似差异很大的实施例和特定的技术细节并不与本发明的基本原则相违背。

Claims (74)

1.一种组合物，包含稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNP)，颗粒被一硅壳包裹，其中，在硅壳中整合有光敏剂。
2.如权利要求1所述的组合物，还包含一吸附到硅壳的靶向分子。
3.如权利要求2所述的组合物，其中，稀土元素选自由以下元素构成的组：钇(Y)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镱(Yb)。
4.如权利要求3所述的组合物，其中，UCNP的分子式是NaYF4:Yb-Ln，其中Ln是Er或Tm或Ho。
5.如权利要求4所述的组合物，其中，分子式中的Y元素的摩尔比为约60％到约90％，Yb元素的摩尔为从约10％到约40％，Ln元素(Er，Tm或Ho)的摩尔比从约0.1％到约30％。
6.如权利要求2所述的组合物，其中，UCNP在红外(IR)或近红外(NIR)光源激发下在可见光区域产生荧光发射。
7.如权利要求2所述的组合物，其中，光敏剂包含一光敏感的化合物，该光敏感化合物受特定波长激发后产生单线态氧。
8.如权利要求7所述的组合物，其中，光敏剂具有的强烈的吸收峰与UCNP的发射峰相匹配，以从UCNP的发射光中吸收光能。
9.如权利要求7所述的组合物，其中，光敏剂包含一有机染料，NR或NIR光激活UCNP产生的光激发该有机染料产生单线态氧。
10.如权利要求7所述的组合物，其中，光敏剂选自由以下物质构成的组：部花青540(Merocyanine 540)、亚甲基蓝和一些卟啉类的衍生物。
11.如权利要求2所述的组合物，其中，硅壳含有功能基团，该基团包含-O-Si-O-键。
12.如权利要求2所述的组合物，其中，硅壳采用含一个功能基团的化合物功能化处理。
13.如权利要求2所述的组合物，其中，硅壳采用含两个或更多功能基团的化合物功能化处理。
14.如权利要求12所述的组合物，其中，功能基团包括-NH2，-NH-，-NR2，-COOH或-X，其中X是卤原子，R代表碳氢链。
15.如权利要求13所述的组合物，其中，功能基团包括-NH2，-NH-，-NR2，-COOH或-X，其中X是卤原子。
16.如权利要求12所述的组合物，其中，含有一个功能基团的化合物包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
17.如权利要求13所述的组合物，其中，含有两个或更多个功能基团的化合物包括N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-乙二胺或N-[3-(三甲氧硅基)-丙基]-二乙烯二胺。
18.如权利要求2所述的组合物，其中，靶向分子包括一抗体。
19.如权利要求18所述的组合物，其中，抗体包括一单克隆抗体。
20.如权利要求2所述的组合物，其中，靶向分子包括一蛋白或多肽。
21.如权利要求20所述的组合物，其中，多肽是一靠二硫键维持稳定的RGD多肽，一FROP多肽或一RVG多肽。
22.如权利要求20所述的组合物，其中，多肽是PCSVTCGNGIQVRIK。
23.如权利要求2所述的组合物，其中，靶向分子为一核酸。
24.如权利要求1-23之一所述的组合物，还包含一小干扰RNA(siRNA)分子，该分子吸附到硅壳上。
25.如权利要求24所述的组合物，其中，siRNA分子结合一单链RNA分子，该单链RNA分子是信使RNA(mRNA)，该信使RNA编码多肽或蛋白的至少部分，多肽或蛋白的活性促进人体或其他哺乳动物的肿瘤发生，血管生成，细胞增殖，抗凋亡或炎症发生；单链RNA分子或者是微RNA(miRNA)，微RNA的活性促进人体或其他哺乳动物的肿瘤发生，血管生成，细胞增殖，抗凋亡或炎症发生。
26.如权利要求25所述的组合物，其中，siRNA分子包括一长度为约19到约25个碱基对的寡聚核苷酸。
27.如权利要求26所述的组合物，包含三个不同的siRNA分子。
28.如权利要求27所述的组合物，其中，每一个siRNA分子与至少一个mRNA分子或至少一个miRNA分子结合。
29.如权利要求27所述的组合物，包括结合至少两个不同的mRNA分子的siRNA分子。
30.如权利要求24所述的组合物，还包含一附加的核苷酸。
31.如权利要求30所述的组合物，其中，附加的核苷酸包括一DNA寡聚核苷酸，一微RNA(miRNA)，一适体，一质粒或一mRNA。
32.如权利要求24所述的组合物，其中，硅壳还包括至少一种小分子药物，该药物通过静电作用吸附到硅壳上。
33.如权利要求32所述的组合物，小分子药物是顺铂，紫杉醇或丝裂霉素。
34.一种组合物，包括硅壳包裹的稀土掺杂上转换纳米颗粒、整合入硅壳的光敏剂、吸附在硅壳上的靶向分子和吸附在硅壳上的小干扰RNA(siRNA)分子。
35.如权利要求34所述的组合物，其中，硅壳的厚度为约5nm到约20nm。
36.如权利要求34所述的组合物，其中，稀土掺杂上转换纳米颗粒包括NaYF4:Yb-Er，NaYF4:Yb-Tm或NaYF4:Yb-Ho。
37.如权利要求36所述的组合物，其中，siRNA分子包括长度为21-25个碱基对的寡聚核苷酸。
38.一种药物组合物，包括权利要求24所述组合物和一制药学上认可的载体。
39.一种药物组合物，包括权利要求25-37中任一所述的组合物及制药学上认可的载体。
40.一种治疗哺乳动物实体瘤的方法，包括的步骤如下：给予哺乳动物有效剂量的权利要求24所述组合物，用红外射线或近红外射线激发哺乳动物实体瘤部位的组合物。
41.如权利要求40所述的方法，其中，实体瘤包括非小细胞肺癌，乳腺癌，肝细胞癌，肾细胞癌，前列腺癌或大肠癌。
42.一种治疗哺乳动物实体瘤的方法，包括的步骤如下：给予哺乳动物有效剂量的权利要求25-39中任一所述的组合物，用红外射线或近红外射线激发哺乳动物实体瘤部位的组合物。
43.一种治疗哺乳动物炎症疾病的方法，包括的步骤如下：给予哺乳动物有效剂量的权利要求24所述组合物，用红外射线或近红外射线激发哺乳动物炎症部位的组合物。
44.如权利要求43所述的方法，其中，炎症疾病包括炎症性肠病(IBD)，克罗恩病(Crohn′sDisease)或风湿性关节炎。
45.一种治疗哺乳动物炎症疾病的方法，包括的步骤如下：给予哺乳动物有效剂量的权利要求25-39中任一所述的组合物，用红外射线或近红外射线激发哺乳动物炎症部位的组合物。
46.如权利要求40-45中任一所述的方法，其中，哺乳动物是实验动物。
47.如权利要求46所述的方法，其中，实验动物包括狗、猫、非人类灵长动物、兔或啮齿动物。
48.如权利要求47所述的方法，其中，啮齿动物是大鼠，小鼠或豚鼠。
49.如权利要求40-45中任一所述的方法，其中，哺乳动物是人类。
50.一种制备UCNP组合物的方法，包括：a)合成硅壳包裹的UCNP；b)光敏剂整合进入硅壳。
51.如权利要求50所述的方法，其中，所述光敏剂整合到硅壳的时间是在硅壳包裹UCNP时。
52.如权利要求51所述的方法，还包括将一个或多个含功能团的化合物吸附到硅壳上的步骤。
53.如权利要求52所述的方法，还包括将靶向分子吸附到硅壳上的步骤。
54.如权利要求53所述的方法，还包括将siRNA分子吸附到硅壳上的步骤。
55.如权利要求53所述的方法，其中，靶向分子是抗体，蛋白，多肽或核苷酸。
56.如权利要求51所述的方法，其中，光敏剂通过反相微乳技术整合到硅壳内。
57.如权利要求55所述的方法，其中，抗体通过共价键连接到纳米颗粒表面的方法，是以EDC/NHS作为交联剂的催化氨基和羧酸基的偶联反应。
58.如权利要求53所述的方法，还包括将一个或多个含功能团的化合物吸附到硅壳表面的步骤，以在吸附siRNA之前形成正电荷。
59.如权利要求58所述的方法，其中，功能基团包括-NH2、-NH-、-NR2、-COOH或-X，其中X是卤原子，R代表碳氢链。
60.如权利要求58所述的方法，其中，siRNA是通过静电吸附作用与带正电荷的硅壳结合。
61.如权利要求50-60中任一项所述的方法，其中，UCNP的合成过程中，最初的成核过程是在室温下进行的，然后在更高温度下逐渐增大，为了控制纳米颗粒的大小和均匀程度，需使用特定溶剂回流0.5小时到10小时不等。
62.如权利要求61所述的方法，其中，UCNP的合成中，采用钇盐作为钇的来源，镱盐作为镱的来源，铒盐作为的铒来源，铥盐作为的铥来源，钬盐作为的钬来源。
63.如权利要求61所述的方法，其中，在成核过程，溶剂包括碳原子数为8-25个的长链脂肪酸，或一种脂肪酸混合物和1-十八烷烯或三辛氧化基膦，或一种长链脂肪胺，或脂肪胺和1-十八烷烯的混合物，或水或乙醇，或水和乙醇的混合物。
64.如权利要求61所述的方法，其中，当成核过程中采用水或乙醇或它们的混合物作为溶剂时，加入柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠(EDTA)作为稳定剂来包被纳米颗粒表面。
65.一种组合物，包括硅壳包裹的稀土掺杂的UCNP、吸附到硅壳上的靶向分子。
66.如权利要求65所述的组合物，还包括吸附到硅壳的磁性颗粒。
67.如权利要求65所述的组合物，其中，靶向分子是抗体，蛋白，多肽或核苷酸。
68.如权利要求65所述的组合物，其中，靶向分子是单克隆抗体。
69.如权利要求65所述的组合物，其中，靶向分子是DNA寡聚核苷酸。
70.一种制备权利要求65所述组合物的方法，包括步骤：a)合成硅壳包裹的UCNP；b)将靶向分子吸附到硅壳上。
71.如权利要求70所述的方法，还包括将磁性颗粒吸附到硅壳上的步骤。
72.一种检测溶液或混合物中的待分析物或测定溶液或混合物中待分析物的数量或浓度的方法，该方法包括以下步骤：a)将权利要求65-69中任一所述的组合物与溶液或混合物作用足够长的时间，以使组分与待分析物结合；b)采用IR或NIR光处理溶液或混合物；c)检测荧光强度。
73.如权利要求70所述的方法，还包括从光密度确定待分析物数量和浓度的步骤。
74.一种试剂盒，包括权利要求65-69中任一所述的组合物、盛装组合物的容器以及试剂盒使用说明。
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