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。

纳米材料良好的分散性和亲水性是其生物医学应用的先决条件。然而, 1.1节中所述方法制备的UCNPs受限于其配体(如油酸等)的疏水性, 这极大地限制了UCNPs在生物医学中的应用。为了克服这一难题, 研究者们采用多种方法, 包括配体氧化、配体去除、配体吸附、配体交换以及逐层组装和表面硅烷化等[10,25,39]来修饰和改性UCNPs表面(图4)。表面修饰不仅有效提高了UCNPs的分散性和亲水性, 而且通过引入特定化学官能团, 为后续生物分子与UCNPs结合提供了丰富的反应位点。