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。

应用于生物医学领域的探针对材料的性能要求苛刻, 因而人们对UCNPs的设计合成主要追求理想的尺寸、形状、表面性质和在基质中的良好分散性。所用的合成方法主要有水热法、溶剂热法、热分解法、共沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法和微波法等[36?-38](图3)。

研究发现, 游离状态的Gd3+在体内毒性较高, 但Gd3+掺杂的UCNPs可显著抑制Gd3+降解释放, 进而大幅度降低其毒性, 有望应用于MRI的血管造影和动脉粥样硬化斑块成像[61]。在MRI血管造影中, Gd3+掺杂的UCNPs的血管信号强度显著高于相同剂量的临床MRI造影剂(如MR Cas), 并且得到的图像更清晰、血管系统的精细结构更准确, 包括毛细血管和动脉粥样硬化斑块等关键病理特征。同时, 血液溶血和凝血、血生物化学、血液学、组织学和动物体重等分析显示, Gd3+掺杂的UCNPs在体内展现出良好的血液相容性和生物相容性。