PEG包覆上转换发光纳米颗粒（UCNPs）制备与功能化定制

◆ 一、未改性UCNPs生物应用核心难题

稀土掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs，典型基质NaYF₄/NaGdF₄/NaLuF₄）凭借近红外激发、反斯托克斯发光、低生物自荧光、深层组织穿透等优势，是活体荧光成像、光动力/光热协同诊疗、多模态探针核心材料。但传统高温热分解制备的裸UCNPs表面覆盖油酸、油胺疏水配体，存在诸多科研瓶颈：

✦ 仅溶于有机溶剂，水相、细胞培养基中快速团聚，PDI大幅升高，无法开展细胞与活体实验；

✦ 表面疏水配体引发血清蛋白非特异性吸附，易被肝脏、脾脏网状内皮系统快速清除，体内循环半衰期短；

✦ 生物相容性差，高浓度下存在细胞毒性，难以实现长时程活体追踪；

✦ 无活性反应位点，无法偶联多肽、抗体、小分子靶向配体，缺乏肿瘤主动靶向能力。

PEG共价包覆是解决以上痛点的标准改性方案，Sur-Release公司，搭建多路线PEG包覆定制工艺平台，针对不同核芯UCNPs、科研场景提供可量化、可复现、全表征支撑的定制服务。

图1｜PEG包覆上转换发光纳米颗粒（UCNPs）制备与功能化定制

◆ 二、全维度可定制参数（Sur-Release公司

✦ 1.UCNPs核芯基质自由定制

基质：NaYF₄、NaGdF₄、NaLuF₄、NaYbF₄；

掺杂离子：Yb³⁺/Er³⁺（绿光540nm、红光660nm）、Yb³⁺/Tm³⁺（近红外蓝光800nm）；

核壳结构：单层核、惰性壳、活性多层核壳，抑制荧光淬灭；

内核粒径：10–60nm精准调控。

✦ 2.PEG层全套可调参数

PEG分子量：2000、5000、10000Da线性PEG，4臂/8臂支链PEG；

末端活性官能团（按需单选/复合）

✦ 亲水空白：mPEG（仅长循环，无偶联位点）；

✦ 偶联用：-COOH羧基、-NH₂氨基、MAL马来酰亚胺、N₃叠氮、SH巯基；

✦ 修饰密度：低密度（便于大量靶向分子偶联）、中密度（平衡稳定与功能）、高密度（极致抗蛋白吸附，活体长循环）；

✦ 壳层厚度：2–12nm梯度可控。

✦ 2.靶向复合二次修饰（一站式联动定制）

PEG包覆完成后，可直接续接靶向配体偶联：

✦ 多肽类：cRGD、TAT穿膜肽、Angiopep-2（跨血脑屏障）、奥曲肽OCT；

✦ 小分子：叶酸、半乳糖、甘露糖；

✦ 生物大分子：白蛋白、转铁蛋白。

◆ 三、Sur-Release公司

Sur-Release技术团队针对油相裸UCNPs、水相原生UCNPs两大原料体系，自主优化三套成熟包覆路线，可按需匹配客户实验需求，精准调控PEG壳层厚度、修饰密度、末端官能团。

工艺1：配体交换法（主流通用工艺，适配绝大多数油溶性UCNPs）

适用场景：油相热分解制备油酸包覆UCNPs（NaYF₄:Yb/Er、NaGdF₄:Yb/Tm核/核壳颗粒），追求超薄PEG壳层、小粒径、高发光效率，细胞成像、体外分子探针首选。

完整定制工艺步骤：

原料预处理：油相UCNPs环己烷分散，乙醇沉降洗涤3次，彻底去除游离油酸配体；

PEG配体筛选：可选双膦酸PEG、羧基PEG、巯基PEG（分子量2K/5K/10K线性/支链）；

恒温配体交换反应：醇水混合体系60–90℃控温搅拌4–12h，PEG分子取代表面疏水油酸，通过稀土-膦酸/羧基配位键稳定锚定；

多级纯化：透析袋透析（截留分子量3000–10000）+梯度离心，完全去除游离PEG、脱落油酸；

浓缩分装：无菌PBS重悬，过滤除菌，得到单分散UCNPs-PEG水溶液。

工艺优势：

✦ 不破坏UCNPs晶体结构，上转换发光损耗≤8%；

✦ PEG壳层厚度2–8nm可控，整体粒径30–80nm精准可调；

✦ 修饰密度可控0.2–3chains/nm²，兼顾长循环与后续偶联位点。

工艺2：两亲高分子包裹法（高稳定性，适配活体长效成像）

适用场景：小动物活体肿瘤成像、循环长时示踪、需要高密度PEG“刷状”保护层，要求极低蛋白吸附。

工艺原理：采用两亲性嵌段共聚物（PMAO-PEG），疏水段缠绕UCNPs表面油酸配体，亲水PEG链朝外形成致密隐形保护层，物理包裹+弱配位双重固定，包覆稳定性优于单纯配体交换。

核心定制参数：可定制支链PEG提升屏蔽效果，血清培养基7天无团聚，Zeta电位稳定在-10~-20mV，非特异性蛋白吸附降低90%以上，显著延长体内循环时间。

工艺3：硅烷桥接PEG包覆（复合核壳UCNPs专用，UCNPs@SiO₂二次修饰）

适用场景：二氧化硅介孔包覆复合颗粒UCNPs@mSiO₂，需要同时载药+荧光成像，硅羟基作为桥梁接枝硅烷化PEG。

工艺特点：硅烷偶联剂与二氧化硅壳层羟基缩合，共价连接PEG，可同步引入氨基、MAL、叠氮等活性端基，一边实现水溶性长循环，一边预留位点偶联RGD、叶酸、奥曲肽等靶向多肽，构建诊疗一体化纳米平台。

◆ 四、Sur-Release公司

一对一需求沟通：专属业务员直接对接，确认内核尺寸、激发/发射波长、PEG分子量、末端基团、应用场景及定制量，快速制定方案与报价。

专属工艺方案确认：根据实验需求匹配PEG包覆路线，明确制备工艺、合成周期、表征项目及质量指标，确认后启动定制。

合成与梯度纯化：采用避光、恒温条件完成制备，并通过透析、差速离心等方式多级纯化，减少游离PEG及配体残留。

全项质检表征：完成TEM、DLS、Zeta、荧光光谱等检测，可提供COA质检报告及相关原始表征数据。

冷链交付与技术售后：常规定制周期约7–10天，复杂功能化体系约10–15天；根据产品稳定性要求安排低温运输，并提供后续实验操作及偶联方案技术支持。

◆ 五、Sur-ReleasePEG-UCNPs定制质控体系（每批次配套完整COA报告）

严格遵循生物医用纳米材料检测标准，全流程多设备表征，所有原始图谱随货交付，满足高校课题组课题申报、期刊论文数据支撑需求Sur-Release公司：

水合粒径与分散性：DLS动态光散射，PDI＜0.15，保证单分散；

形貌与壳层直观验证：TEM透射电镜，清晰观测UCNPs内核+均匀PEG包覆层，无游离颗粒；

表面电位：Zeta电位检测，验证PEG亲水层修饰成功；

官能团验证：FT-IR红外光谱、核磁滴定，定量PEG接枝率；

光学性能：上转换荧光光谱，对比裸颗粒发光强度，量化发光损耗；

稳定性测试：PBS、10%血清培养基7天静置监测，无沉淀团聚；

生物安全指标：内毒素≤0.1EU/mL，无菌检测，细胞毒性预实验数据；

纯度检测：透析纯化后HPLC验证无游离PEG残留。

图5｜Sur-ReleasePEG-UCNPs定制质控体系（每批次配套完整COA报告）

◆ 六、典型定制应用案例

案例一：肿瘤活体NIR上转换长循环成像探针

客户需求：NaYF₄:Yb/Er内核40nm，活体小鼠静脉注射，要求血液循环＞6h，可偶联RGD靶向肽。

Sur-Release定制方案：配体交换法，5KMAL-PEG包覆，中等修饰密度，PEG壳层5nm；包覆完成后原位偶联cRGD多肽；交付指标：PDI=0.12，血清7天稳定，肿瘤部位荧光信噪比提升33倍，配套完整活体成像表征数据。

图6｜案例一：肿瘤活体NIR上转换长循环成像探针

案例二：UCNPs@mSiO₂@PEG载药光动力协同平台

客户需求：介孔二氧化硅包裹UCNPs，包载阿霉素DOX，同时实现荧光示踪+化疗，适配细胞共聚焦实验。

Sur-Release定制方案：硅烷桥接羧基PEG包覆介孔壳层，介孔孔道负载DOX，PEG外层提供水溶性；交付指标：药物包封率87%，PEG包覆均匀无壳层脱落，弱酸环境可控释药。

图7｜案例二：UCNPs@mSiO₂@PEG载药光动力协同平台

◆ 七、Sur-Release定制工艺核心差异化优势

多工艺路线灵活选择：支持配体交换、两亲性聚合物包覆、SiO₂过渡层PEG化等路线，可针对小粒径探针、活体成像及复合载药体系匹配工艺。

低荧光损耗工艺优化：采用温和条件进行PEG包覆，减少处理过程对UCNPs晶体及发光性能的影响，兼顾表面亲水化与上转换荧光保持。

PEG官能团接枝可控：可定制COOH、NH₂、MAL、N₃、DBCO等末端基团，并对PEG分子量、接枝密度及表面电荷进行调控，方便后续生物分子偶联。

一站式多功能复合定制：覆盖UCNPs内核制备→PEG包覆→表面功能化→靶向配体偶联→功能分子负载，减少客户多步制备与纯化操作。

成熟的UCNPs定制经验：可根据文献结构及客户实验方案进行UCNPs体系设计，并围绕粒径、掺杂体系、激发/发射波长、PEG包覆及功能化参数进一步优化。

◆ 八、产品推荐

✦ 产品推荐 ｜ 简要说明

✦ UCNPs-PEG2000｜ 基础PEG包覆型

✦ UCNPs-PEG5000｜ 高亲水稳定型

✦ UCNPs-PEG-COOH｜ 羧基功能化型

✦ UCNPs-PEG-NH₂ ｜ 氨基功能化型

✦ UCNPs-PEG-MAL｜ 巯基偶联功能型

✦ UCNPs-PEG-N₃ ｜ 点击化学功能型

✦ UCNPs-PEG-DBCO｜ 无铜点击功能型

✦ UCNPs@SiO₂-PEG｜ 二氧化硅复合包覆型

✦ UCNPs-PEG-cRGD｜ 靶向修饰型

✦ UCNPs-PEG-Cy5/Cy7｜ 双荧光示踪型

总体而言，UCNPs的PEG包覆不仅能够改善纳米颗粒的水相分散性与稳定性，也为后续靶向、荧光及生物分子功能化提供更多空间。Sur-Release公司、PEG链长及末端基团，并提供配套表征与技术支持，为上转换纳米材料在成像、示踪、检测及复合功能研究中的应用提供材料基础。

◆ 九、适配科研场景总结

应用方向：

Sur-Release公司

近红外活体荧光成像：用于组织及活体荧光示踪研究

肿瘤靶向诊疗研究：结合靶向配体构建功能化纳米探针

光动力/光热研究：复合光敏剂等功能组分，拓展光响应体系

细胞动态追踪：用于细胞标记及长时间荧光示踪

多模态成像：构建MRI/上转换荧光等复合成像探针

体外荧光检测：应用于免疫荧光、生物传感及分析检测

个性化定制：可根据科研需求进一步调整PEG链长、末端官能团、UCNPs粒径及激发/发射波长，并支持靶向配体修饰、功能分子复合及核壳结构设计，提供针对不同实验应用的定制方案。