易子能，劉璐，何葉子，龔德雁

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，研究人員開發(fā)了許多可應(yīng)用于近紅外（NIR）區(qū)域生物成像的多功能納米復合材料。其中包括有機染料、量子點和碳納米管等[1-2]。然而，這些納米復合材料存在一些不足，如穩(wěn)定性差、生物安全性低等。稀土納米晶因其優(yōu)異的熒光性能、較窄的發(fā)射帶、較長的熒光壽命和穩(wěn)定的化學性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注[3-4]。稀土元素的價電子結(jié)構(gòu)決定了其熒光性質(zhì)，主要與內(nèi)部 4f 能級電子的躍遷有關(guān)。由于 4f 能級被外層 5s 和 5p 軌道上的電子屏蔽，稀土離子的熒光具有色純度高、譜線清晰、熒光壽命長的優(yōu)點[5]。稀土納米晶的上轉(zhuǎn)換發(fā)射不需要高能量密度激光激發(fā)，并且在通過中間能級連續(xù)吸收光子后發(fā)射更高能量的光子[6]。因此，效率高于使用非線性光學晶體的光子相干技術(shù)產(chǎn)生的上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）。與 UCL 相比，稀土摻雜納米晶的下轉(zhuǎn)換發(fā)光更容易產(chǎn)生，并且具有高量子產(chǎn)率，這有利于生物成像[7]。本文主要介紹近幾年稀土納米晶的近紅外生物成像的研究進展，為新型近紅外生物成像稀土納米晶的研發(fā)提供參考。

1 稀土納米晶的構(gòu)建及發(fā)光機制

1.1 稀土納米晶的構(gòu)建

稀土納米晶的構(gòu)成一般包括主體材料、摻雜特定金屬離子的敏化劑和活化劑離子[5]。其中，主體材料主要是氟化物和氧化物[8]。在主體材料中，NaYF4晶體材料因其較低的聲子能量而被廣泛應(yīng)用于研究中，這有利于發(fā)光[9-10]。近年來，用于近紅外生物成像的稀土納米晶的報道顯著增加（表1）。目前，常見的鑭系敏化劑離子有 Yb3+、Nd3+和 Er3+。敏化劑離子在激發(fā)光的照射下，通過從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的電子躍遷將能量轉(zhuǎn)移到發(fā)光離子。所用到的活化劑離子是發(fā)光離子，其具有相對豐富的能級，并且在與敏化劑共摻雜的系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)移效率高?？梢酝ㄟ^改變發(fā)光離子種類，使納米晶體顆粒實現(xiàn)從可見光到紅外的寬光譜范圍的發(fā)光調(diào)制。由于稀土三價離子的 4f 電子能級具有相同的宇稱，因此是對稱禁阻的躍遷。通過將稀土離子摻雜到不同的基體材料中，并利用晶格振動來提升禁阻躍遷規(guī)則，這種 4f-4f 的禁阻躍遷使稀土離子的熒光壽命達到毫秒級。

表1 稀土納米晶近紅外熒光團的詳細性能和應(yīng)用

1.2 發(fā)光機制

稀土納米晶體的發(fā)光機制主要包括五個過程：激發(fā)態(tài)吸收、能量轉(zhuǎn)移、交叉弛豫、協(xié)同能量轉(zhuǎn)移和光子雪崩[27-28]。每個過程均涉及連續(xù)吸收一個以上光子的過程。所有稀土納米材料的發(fā)光過程中都存在激發(fā)態(tài)吸收和能量轉(zhuǎn)移，也是主要的能量轉(zhuǎn)移方式。激發(fā)態(tài)吸收機制簡單，條件苛刻。摻雜濃度低的稀土納米晶才能存在激發(fā)態(tài)吸收進行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，而摻雜濃度高的稀土納米晶不利于交叉馳豫，影響發(fā)光效率。協(xié)同能量轉(zhuǎn)移通常發(fā)生于摻雜在具有相似能級間距的納米材料不同區(qū)域的離子中[29]。光子雪崩主要發(fā)生在激發(fā)光功率密度大于極限值時，發(fā)生在極少數(shù)的上轉(zhuǎn)換過程中。除了常見的上轉(zhuǎn)換發(fā)光外，納米晶體在近紅外區(qū)域也可以通過下轉(zhuǎn)換發(fā)光實現(xiàn)。此外，這兩種發(fā)光過程經(jīng)常在納米系統(tǒng)中同時發(fā)生[5,30]。

在近紅外區(qū)域，稀土納米晶體的發(fā)光機制大致可分為兩種[5]，Nd3+或 Er3+在納米系統(tǒng)中的單摻雜體系和 Yb3+、Pr3+、Ho3+、Tm3+或 Er3+共摻雜體系。

由于 Nd3+和 Er3+在近紅外區(qū)具有發(fā)射峰和吸收截面，這兩種離子可以同時起到激活劑和敏化劑的作用。在Nd3+單摻雜體系中，當激發(fā)光為 730、808 或 860 nm 時，可以實現(xiàn) Nd3+在近紅外光區(qū) 1060 nm（4F3/2→4I11/2）和1330 nm（4F3/2→4I13/2）的發(fā)光。而對于 Er3+單摻雜系統(tǒng)，當在 NIR 區(qū)域被 808 或 980 nm 光激發(fā)時，電子通過激發(fā)態(tài)吸收過程4I15/2→4I9/2和4I15/2→4I11/2向上轉(zhuǎn)移能量。然后電子弛豫到4I13/2激發(fā)態(tài)，從而完成4I13/2→4I15/2的躍遷，實現(xiàn)在～1550 nm 處的發(fā)光。

對于 Yb3+、Pr3+、Ho3+、Tm3+或 Er3+的共摻雜體系，Yb3+、Nd3+或 Er3+由于其在 NIR區(qū)域的寬吸收截面而被用作敏化劑，同時具有豐富能級的 Pr3+、Ho3+、Tm3+或 Er3+可以被選擇作為活化劑。近紅外區(qū)域的熒光發(fā)射是通過激發(fā)態(tài)吸收和能量轉(zhuǎn)移過程實現(xiàn)的。Yb3+通常用作稀土納米晶上轉(zhuǎn)換熒光過程中的能量橋，也適用于近紅外下轉(zhuǎn)換熒光機制。Yb3+能量橋可以通過能量轉(zhuǎn)移將吸收的能量轉(zhuǎn)移到活化劑上，然后輻射出相應(yīng)的近紅外熒光[31-32]。與單摻雜 Er3+系統(tǒng)不同，Er3+也可用作 Nd3+、Tm3+或 Ho3+共摻雜基質(zhì)材料中的敏化劑。當 Er3+被 NIR-II 區(qū)域中的 1525 nm光激發(fā)時，對于 Er3+-Nd3+、Er3+-Tm3+和 Er3+-Ho3+體系，Nd3+的4F5/2態(tài)、Tm3+的3F2和3F3態(tài)或 Ho3+的5F5態(tài)可以分別通過三光子能量轉(zhuǎn)移過程填充。最后，通過電子弛豫過程輻射 NIR 區(qū)域中相應(yīng)的熒光發(fā)射。

2 制備策略

控制合成具有良好分散性的納米晶對其生物成像應(yīng)用至關(guān)重要。在濕化學法研究的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)各種實驗參數(shù)，包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、溶液 pH、表面活性劑和前體摩爾濃度，可以獲得不同尺寸和形貌的納米晶顆粒。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了幾種濕法化學合成方法，包括高溫熱分解法、水熱法、溶劑熱法、共沉淀法、微波法和微乳液輔助法等。同時，由于用于生物成像的納米粒子應(yīng)具有良好的生物相容性和低毒性，通常通過常用的方法對制備的納米粒子進行進一步的表面改性，如 SiO2涂層、多功能基團偶聯(lián)和配體交換等[33]。

2.1 合成方法

水熱反應(yīng)是合成稀土晶最常見的反應(yīng)。Cao 等[11]設(shè)計了一種使用二元協(xié)同配體（HR-BCL）輔助的水熱反應(yīng)一步合成高質(zhì)量水分散性和表面功能化 UCNPs 的策略。Zeng等[34]以油酸為封端配體，通過簡單的水熱法合成了熒光和磁性雙功能 NaLuF4:Ln（Ln = Gd3+、Yb3+、Tm3+）納米晶體。納米晶體的晶相、尺寸、上轉(zhuǎn)換（UC）特性和磁化強度可以通過摻雜 Gd3+來改變。結(jié)果表明，Gd3+的加入可以促進立方相向六方相的轉(zhuǎn)變，并減小尺寸。

相比之下，高溫熱分解法合成過程步驟更為簡單，可以通過調(diào)節(jié)溫度、加熱速率和前體濃度等實驗參數(shù)來精確調(diào)節(jié)納米晶體的合成過程以制備尺寸均勻、結(jié)晶度高的納米顆粒。Zhang 等[35]通過單源前體（SSP）（La(CF3COO)3）路線，采取高溫熱分解法合成了單晶和單分散的 LaF3三角形納米片。研究表明，在高溫熱分解法制備納米顆粒的過程中，非配位溶劑（ODE）和配位配體（OA）的濃度對晶體成核的生長速率有很大影響。

2.2 表面改性

稀土納米晶的表面改性一方面能使納米顆粒具有良好的生物相容性和低毒性，另一方面能夠通過一些官能團的修飾和生物活性分子進行結(jié)合，有利于靶向生物成像[36]。Yang等[12]使用通用的逐步自組裝策略將聚合物涂層應(yīng)用于NaYF4:Nd 納米顆粒。首先通過溶劑熱法制備了平均尺寸為30 nm 的均勻 NaYF4:Nd 納米顆粒。在涂覆一層光學惰性殼之后，合成了平均尺寸為 50 nm 的（DCNPs）核殼納米結(jié)構(gòu) NaYF4:Nd@NaLuF4。通過反相微乳液法在納米顆粒表面增加 SiO2涂層來獲得核-殼-殼納米結(jié)構(gòu) DCNPs@SiO2。而 Qin 等[13]開發(fā)了一種具有高效近紅外發(fā)射的納米顆粒LiLuF4:Nd@LiLuF4（命名為 Nd@Lu）用于高性能的體內(nèi)生物成像。在制備過程中，用聚乙二醇（PEG）涂布后，水分散性 Nd@Lu 納米顆粒具有良好的生物相容性和低毒性。

Chávez-García 等[14]制備了納米顆粒 Y2O3:Yb3+，Er3+（1%，10% mol）和 Gd2O3:Yb3+，Er3+（1%，10% mol）。納米顆粒先用氨基硅烷和葉酸（UCNP-NH2-FA）官能化。葉酸與 MCF-7 乳腺癌細胞表面的葉酸受體結(jié)合，這種結(jié)合通過內(nèi)吞作用促進納米顆粒的內(nèi)化。UCNPs-NH2-FA 對所研究的癌癥細胞無細胞毒性。

3 設(shè)計策略

光學成像由于其快速反饋、高靈敏度和高精度的獨特優(yōu)勢，在生物醫(yī)學成像中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為早期疾病檢測和診斷提供了巨大的前景。如何設(shè)計更高效的生物成像探針，如何更好精準成像已經(jīng)成為研究人員十分關(guān)注的問題[30,37]。如圖1 所示，我們根據(jù)近紅外區(qū)域熒光成像、時間門控熒光成像、多模式生物成像等成像技術(shù)，討論了稀土納米晶在近紅外區(qū)域生物成像中的進展。

圖1 稀土納米晶多模式生物成像原理示意圖

3.1 近紅外區(qū)域成像

與傳統(tǒng)的可見光區(qū)域成像技術(shù)相比，近紅外區(qū)域“生物窗”成像具有靈敏度高、信噪比高的優(yōu)點。它是生物成像領(lǐng)域的一個熱門話題。對于熒光成像技術(shù)，激發(fā)光通常是連續(xù)的，并且從樣品發(fā)射的熒光強度信號被收集用于成像分析[38]。研究人員利用稀土摻雜納米顆粒的寬范圍熒光特性，實現(xiàn)了近紅外生物成像、檢測和處理的結(jié)合。

目前，由于光子吸收、散射和自熒光較少，第一個生物組織透明窗口（NIR-I，750～1000 nm）中的熒光成像已經(jīng)實現(xiàn)了比可見光區(qū)域更深的穿透成像。Nyk 等[15]合成了稀土離子 Tm3+和 Yb3+共摻雜的水分散性氟化物（NaYF4）納米晶體（尺寸為 20～30 nm），并通過 TEM、XRD 和光致發(fā)光（PL）光譜進行了表征。PL 顯微鏡顯示了體外細胞攝取，顯示了在 980 nm 處激發(fā)而在 800 nm 處 Tm3+的特征發(fā)射。隨后的動物成像研究使用靜脈注射上轉(zhuǎn)換納米磷光體的 Balb/c 小鼠進行，證明了體內(nèi)的高對比度 PL 成像。

然而，NIR-I 成像仍然受到不可避免的光-組織相互作用的限制[39-41]。第二個近紅外窗口（NIR-II，1000～1700 nm）中的光學成像具有相對較低的組織自發(fā)熒光和比 NIR-I 區(qū)域更少的組織散射，導致組織自發(fā)熒光減少、穿透更深和靈敏度更高[42-45]。Yang 等[16]開發(fā)了具有在 1632 nm 處熒光增強的稀土納米顆粒 α-TmNPs，該策略也適用于 Er3+（α-ErNPs）或 Ho3+（α-HoNPs）納米顆粒。同時，他們開發(fā)了一個具有高時空同步性和準確性的同時雙通道成像系統(tǒng)。α-TmNPs 和 α-ErNPs 促進了小鼠皮下組織和缺血性卒中模型中腦血管舒血管活動和單細胞水平中性粒細胞行為的非侵入性實時動態(tài)多重成像。

3.2 近紅外區(qū)域的時間門控熒光成像

時間門控熒光成像（TG-FI）利用脈沖激發(fā)和熒光發(fā)射檢測之間的延遲檢測來自壽命較長的探針的光子，并拒絕來自壽命較短（納秒級）的固有熒光團的光子[46]。

Zhang 等[17]提出了一種新型 Tm3+摻雜的鑭系納米晶體 NaYF4:Tm3+/Er3+@NaYF4，其激發(fā)（1208 nm）和發(fā)射（1525 nm）都位于 NIR-II 窗口中，用于體內(nèi)光學信息存儲和解碼。利用可調(diào)熒光壽命，相應(yīng)地增強了光多路復用編碼能力。將具有 NIR-II 熒光壽命多路復用編碼的 QR 碼的微型設(shè)備植入小鼠體內(nèi)，并通過時間門控熒光成像技術(shù)成功解碼。

3.3 近紅外區(qū)域的多模式生物成像

多模式生物成像是生物學和醫(yī)學的一個新前沿，它結(jié)合了多種成像模式，如光學、超聲、計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）等[47-48]。光學成像為體外成像提供了最高的靈敏度和空間分辨率，價格低廉、穩(wěn)健且便攜，但仍缺乏在體內(nèi)獲得解剖和生理細節(jié)的全部能力[18]。同時，光學成像是所有醫(yī)學成像技術(shù)中唯一能夠以幾乎單分子靈敏度提供細胞或分子水平信息的技術(shù)[49]。使用單個納米探針進行多模式生物成像對醫(yī)學診斷的發(fā)展很重要。Kumar等[18]設(shè)計了小于 50 nm 的功能化氟化物納米磷光體，其形成穩(wěn)定的水性分散體，可用于光學和 MRI 的雙功能成像。通過 NaYF4納米晶體與各種稀土離子（Eu3+、Er3+、Yb3+、Gd3+）共摻雜。摻雜到氟化物納米基質(zhì)中的稀土離子（Er3+和Yb3+或 Eu3+）的高效上下轉(zhuǎn)換光致發(fā)光允許定制納米探針的光學成像模式。在納米磷光體內(nèi)共摻雜的 Gd3+賦予高對比度 MR 成像強的 T1（自旋晶格弛豫時間）和 T2（自旋-自旋弛豫時間）成像。因此，基于摻雜稀土離子的氟化物納米磷光體的納米探針被證明能提供光學和磁共振成像的雙重模式。

Wang 等[19]制備了用于多層 MRI/NIR-II/CT 成像的具有表面磷脂 PEG 化的新型超小型 NaNdF4:Mn 納米晶體（Lipo-NaNdF4:Mn）。除了由于 NCs 中存在高原子數(shù)和高效發(fā)光中心三價 Nd3+離子而產(chǎn)生的固有 NIR-II 熒光和CT 成像外，還從 NCs 中的 Mn2+觀察到了顯著的 T1和T2加權(quán) MRI 性能，并成功標記人間充質(zhì)干細胞（hMSCs）注射到裸鼠左大腦半球進行有效的 MR 成像。與多相復合納米結(jié)構(gòu)不同，Mn2+摻雜的 NaNdF4納米結(jié)構(gòu)為獲得MR/NIR-II 熒光成像提供了一種新的策略，而無需熒光猝滅和復雜的材料制備，在實時多模式 MRI/NIR-II/CT 細胞跟蹤方面顯示出巨大的潛力。

4 生物醫(yī)學應(yīng)用

NIR 熒光成像由于其高時空分辨率和非侵入性，是基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中改進生物成像和生物傳感的顯著成像方式之一。稀土納米晶的近紅外生物成像在臨床應(yīng)用上具有很重要的意義。

4.1 體內(nèi) pH 監(jiān)測

由于熒光強度取決于濃度梯度、組織的異質(zhì)性、激發(fā)功率等，在體內(nèi)定量監(jiān)測該區(qū)域的物理化學環(huán)境（如溫度、pH和黏度）仍然是一個挑戰(zhàn)。Ning 等[21]設(shè)計了一種 pH 敏感的 Yb3+卟啉鹽（F-Yb）作為近紅外探針。當 pH 值低于 5.0時，這種近紅外探針會聚集，引起溶解度降低，減少了 Yb3+復合物暴露于水而延長了熒光壽命（135 ms增加至 170 ms），這使 F-Yb 成為低 pH（5.0～1.0）的 NIR 探針。通過裸鼠灌胃實驗，F(xiàn)-Yb 能夠檢測正常代謝過程、禁食實驗和水滑石藥物治療期間的實時 pH 變化，并在體內(nèi)進行顯著的壽命對比和定量 pH 測量。這些結(jié)果清楚地證明了鑭系近紅外探針在體內(nèi)定量可視化局部物理化學參數(shù)方面的有效性，具有臨床前診斷和治療研究的潛力。

4.2 組織成像

Li 等[26]提出了一種簡單而有效的 Yb/Tm/GZO@SiO2（GZO 是鎵摻雜的氧化鋅）。在低功率（2.5 mW）下獲得了低閾值光子雪崩發(fā)光的 Yb/Tm/GZO@SiO2核/殼納米顆粒。與 Yb/Tm/GZO 納米片相比，Yb/Tm/GZO@SiO2的近紅外上轉(zhuǎn)換熒光強度增強了約 12 倍。此外，Yb/Tm/GZO@SiO2作為熒光探針，實現(xiàn)了心肌組織的紅色熒光成像。靜脈注射 6 mg/kg Yb/Tm/GZO@SiO2，心臟組織的近紅外熒光成像信號變得更亮。

4.3 血管成像

Li 等[22]設(shè)計了具有純六方相和均勻尺寸的強NIR-II發(fā)射聚丙烯酸（PAA）改性NaLuF4:Gd/Nd 納米棒（PAA-NRs），用于高靈敏度的體內(nèi) NIR-II 生物光學成像。在靜脈注射 PAA-NRs 后，使用 NIR-II 成像系統(tǒng)進行腹部無剝離的 NIR-II 血管成像，視場為 26 mm × 21 mm（像素大小為 41 μm）。注射 PAA-NRs 后，小鼠腹部的血管被清晰地檢測到。通過高斯函數(shù)法擬合的血管寬度分別為 105.46 μm 和 231.35 μm。這些結(jié)果表明，PAA-NRs 可以被用作小血管可視化的熒光劑，實現(xiàn)了大腦的高分辨率（低至 105 μm）血管圖像。在808 nm 激光的激發(fā)下，腦血管造影照片在 NIR-II 區(qū)域清晰記錄。頭皮皮膚下的大腦下靜脈、上矢狀竇和橫竇也在大腦半球可見。此外，還可以區(qū)分許多微小的皮層血管，表明腦血管成像具有高空間分辨率。

4.4 深層組織溫度測量

精確測量生物標本深層局部區(qū)域的溫度不僅對闡明基礎(chǔ)生物學非常重要，而且對開發(fā)新的治療技術(shù)也非常重要，例如，光熱療法、刺激性反應(yīng)藥物遞送系統(tǒng)等[50-52]。Kamimura 等[23]開發(fā)了一種用于深層組織溫度測量的新型稀土納米晶探針，合成了與 Yb3+、Ho3+和 Er3+共摻雜的六方相 β-NaYF4納米顆粒（NaYF4:Yb3+，Ho3+，Er3+NPs）。將油酸（OA）封端的NaYF4:Yb3+、Ho3+、Er3+NPs 分散在非極性介質(zhì)環(huán)己烷中，并顯示出 Ho3+和 Er3+發(fā)射峰的溫度依賴性強度比（IHo/IEr）。同時，用聚乙二醇（PEG）基嵌段共聚物對 NaYF4:Yb3+、Ho3+、Er3+NPs 的表面進行了改性。NaYF4:Yb3+、Ho3+、Er3+NPs 在 1150 nm（Ho3+）和1550 nm（Er3+）處顯示出發(fā)射帶，這是在 980 nm 激發(fā)下由 Yb3+的能量轉(zhuǎn)移引起的。Er3+在 1550 nm 處的發(fā)射強度對溫度不太敏感，因為由于供體（Yb3+）和受體（Er3+）之間的能隙匹配，共振能量轉(zhuǎn)移在 Yb3+-Er3+系統(tǒng)中占主導地位。相反，由于激發(fā)機制，Ho3+在 1150 nm 處的發(fā)射強度強烈依賴于溫度，這是由聲子輔助的能量轉(zhuǎn)移和多聲子弛豫所支配的。因此，Ho3+和 Er3+的 NIR 發(fā)射強度比可以很好地反映納米顆粒周圍區(qū)域的溫度。在非極性和極性介質(zhì)中，NaYF4:Yb3+、Ho3+、Er3+NPs 的 IHo/IEr值幾乎與溫度變化線性相關(guān)。

4.5 引導臨床手術(shù)

近紅外生物成像能夠應(yīng)用于腫瘤早期診斷中非侵入性癌癥檢測及腫瘤切割手術(shù)中識別多種微腫瘤，并將惡性病變與正常組織區(qū)分，具有十分重要的臨床意義。Lou 等[24]制備了在 NIR-II 區(qū)域具有優(yōu)異光學性能的稀土納米顆粒ErNPs@cRGD。以 NaErF4為發(fā)光核、NaYF4為屏蔽殼的油酸錨定核/殼 Er 基稀土納米顆粒（ErNPs）。氨基磷脂（DSPE-PEG2000-NH2）在表面交換進行親水轉(zhuǎn)化，然后進行腫瘤靶向肽 c（RGDfC）功能化修飾得到 ErNPs@cRGD。ErNPs@cRGD 能夠成功靶向 4T1細胞。將探針與特定腫瘤靶向元件結(jié)合將使其能夠在分子和細胞水平上主動靶向某些癌癥，相對于主要依賴增強通透性和滯留（EPR）效應(yīng)的被動靶向策略，這可以顯著提高成像引導手術(shù)的準確性和特異性。ErNPs@cRGD 能夠區(qū)分腫瘤和正常組織的邊界，填補了 NIR-IIb 熒光成像在乳腺癌癥手術(shù)導航中的空白，有利于進一步降低陽性邊緣率，延長術(shù)后生存期。

4.6 光熱化療成像監(jiān)測

集成多模式成像和協(xié)同治療的智能納米平臺是稀土納米晶在生物醫(yī)學上具有挑戰(zhàn)性的重要應(yīng)用。Gu 等[25]制備了稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換羥基磷灰石（FYH）納米顆粒，作為分別涂有聚多巴胺（PDA）和阿霉素（DOX）的納米載體，即 FYH-PDA-DOX，用于腫瘤治療。所開發(fā)的FYH-PDA-DOX 復合物表現(xiàn)出理想的光熱轉(zhuǎn)換、pH/近紅外輻射響應(yīng)性 DOX 釋放和多模態(tài)成像性能，有助于監(jiān)測復合物的代謝分布過程，并為治療效果提供反饋。在 808 nm激光照射下，DOX 的快速釋放促進了光熱化療效果、免疫原性細胞死亡和抗腫瘤免疫反應(yīng)。與 PD-L1 結(jié)合，可以實現(xiàn)針對腫瘤的增強型三模式光熱化學免疫協(xié)同治療，并表現(xiàn)出增強的 UCL/CT/MRI 成像。

Zhong 等[20]開發(fā)了生物相容的立方相（α 相）鉺基稀土納米顆粒 ErNPs，在約 1600 nm處顯示出明亮的下轉(zhuǎn)換熒光，用于小鼠癌癥免疫治療的動態(tài)成像。使用與抗 PD-L1抗體連接的交聯(lián)親水聚合物層功能化的 ErNP 進行 PD-L1的分子成像，并實現(xiàn)了約 40 倍的腫瘤與正常組織信號比。ErNPs 的長熒光壽命（約 4.6 ms）使 ErNPs 和硫化鉛量子點（PbS-QDs）能夠在相同的 1600 nm 左右波長窗口中同時成像。PD-L1 和 CD8 的體內(nèi) NIR-IIb 分子成像揭示了腫瘤微環(huán)境中細胞毒性 T 淋巴細胞響應(yīng)免疫治療，并且脾臟中的 CD8 信號因免疫過程而改變。

5 總結(jié)與展望

近紅外生物成像作為一種有前景的生物醫(yī)學研究工具，尚有許多挑戰(zhàn)需要我們?nèi)ッ鎸?。然而，稀土納米晶作為一類優(yōu)秀的納米熒光材料，將有很大的可能性成為生物醫(yī)學的新工具，進一步推動近紅外生物成像的發(fā)展。在以后的稀土納米晶的研發(fā)中，以下幾個方面值得更多地探索。首先是高靈敏度和時空分辨率的實時動態(tài)光學成像。NIR-II 生物成像監(jiān)測的動態(tài)過程主要依賴于通過切換濾光器對從單個檢測器依次獲得的快照進行積分，這使多個信號的同步檢測無法實現(xiàn)。盡管 NIR-II 時間門控技術(shù)和脈沖交錯激發(fā)方法有助于單色復用，但在快速生物過程中，時間分辨或激發(fā)光切換仍然導致熒光信號不可避免的損失。正因為如此，有效可視化和非侵入性實時動態(tài)成像仍然是一個挑戰(zhàn)，因此在體內(nèi)生物成像方面尚未得到充分探索。其次為多模式成像方法結(jié)合的生物成像。納米技術(shù)已被用作新型生物醫(yī)學成像應(yīng)用，用于疾病組織的早期檢測和診斷。其中，磁共振成像、計算機斷層掃描、正電子發(fā)射斷層掃描和光聲成像因其優(yōu)異的空間分辨率、特殊的解剖信息以及在無限穿透深度方面的優(yōu)勢而發(fā)揮了重要作用。然而，從單峰技術(shù)獲得的信息由于其不可避免的局限性，通常不能滿足空間分辨率和靈敏度的完整性要求。相比之下，多模式成像方法結(jié)合了它們各自的優(yōu)點，并且可以在臨床診斷環(huán)境中提供多個互補的成像信息。通常，通過封裝或偶聯(lián)熒光染料、磁性納米顆粒、稀土配合物和放射性試劑，可以將雜化納米結(jié)構(gòu)制成多模式成像探針。然而，棘手的問題仍然存在，如結(jié)構(gòu)的復雜性、復雜的多步合成以及不同模式之間的干擾。因此，可控地制造納米探針用于高靈敏度、優(yōu)異的空間分辨率和深層組織穿透的多模式成像仍然是一個重大挑戰(zhàn)。第三是對生物目標靶向和響應(yīng)的表面功能化修飾的稀土納米晶生物成像。稀土納米晶已廣泛應(yīng)用于疾病診斷、藥物輸送、腫瘤治療和生物成像。在各種生物成像方法中，基于稀土納米晶的熒光成像技術(shù)可以直觀地顯示活體動物的細胞活動和病變演變，是生物技術(shù)的有力工具，在醫(yī)學和生物領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過表面功能化，稀土納米晶可以具有良好的水分散性、生物相容性、載藥能力和對不同腫瘤的靶向能力，顯示了其在醫(yī)療診斷和治療中的潛力。