海热古·吐逊, 郭乐, 丁嘉仪, 周嘉琪, 张学良, 努尔尼沙·阿力甫

无机材料学报 2025, 40 (2): 145-158. DOI:10.15541/jim20240058

摘要（287）

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肿瘤的早期诊断是癌症高效诊疗的关键基础。可视化荧光成像技术凭借其高时间-空间分辨率、高灵敏度、无电离辐射、无创和实时成像等优点, 在生物医学领域尤其是肿瘤的早期诊断中展现出巨大应用潜力。与可见光相比, 近红外(Near-infrared, NIR)光穿透生物组织时, 其受到的吸收和散射显著减少, 这一特性使得基于NIR光的荧光成像技术在生物医学领域展现出高信噪比及高空间分辨率的独特优势, 而高质量NIR荧光成像依赖于性能卓越的荧光探针。在众多荧光探针中, NIR光激发的上转换纳米颗粒(Upconversion Nanoparticles, UCNPs)因其低毒性、窄带发射、可调发射、长荧光寿命、良好的光化学稳定性以及高量子产率等优异特性, 在荧光成像领域脱颖而出。本文总结了上转换荧光探针的基本原理、合成方法、改性与修饰技术, 重点阐述了稀土掺杂上转换荧光探针在几种典型成像模式及肿瘤多模态成像中的最新研究进展, 并对进一步实现诊疗一体化的应用研究进行了展望。

本文重点介绍了基于UCNPs的多种成像模式(图1), 包括UCL、MRI、CT和多模态成像在肿瘤显影方面的最新研究进展; 讨论了UCL过程的基本原理; 概述了UCNPs的合成、改性和修饰方法。此外对UCNPs荧光探针的进一步应用进行了展望, 以期为生物医学相关领域的研究与应用提供参考。

单一成像模式难以提供疾病相关的多维信息, 不能满足临床诊断和治疗的要求。近年来, 将多种成像方式巧妙地融合到单一纳米探针体系中, 可实现肿瘤多模态精准早期诊断。多模态成像技术是通过不同的传输路径, 将两种或两种以上成像方式整合到一种成像窗口, 以捕获互补的高通量诊断信息, 有助于医生更全面、深入地了解病灶区域。这种集成化的多模态成像技术不仅简化了诊断流程, 还极大地减轻了患者在多次诊断步骤中的身心负担与经济压力。目前广泛应用于临床检测的MRI、PAI、CT、PET和SPECT等成像模式, 或能捕捉微弱的信号变化, 或能提供高空间分辨图像信息, 或有高灵敏度检测能力, 或能实现更深的成像深度和更宽的成像视野(表1), 其中MRI和CT还具有较强的组织穿透深度、非侵入性活体成像和三维成像等优点, 但其检测灵敏度较低, 很难进行细胞和组织层次的精细成像。因此, 将不同的成像模式集成到UCNPs中, 构建集成化的成像系统, 对于实现精准的活体光学生物成像具有重大意义。