随着生物医学和分子影像的飞速发展，融合光、声、电、磁、放射性核素等多种模态和跨越分子、细胞、组织和活体动物等多个尺度的多模态跨尺度医学成像逐渐成为生物医学成像的研究热潮，多功能造影剂随之成为该领域的研究热点之一。稀土上转换纳米材料是一种能够将长波长的低能光子转化成为短波长的高能光子的荧光纳米材料，其为多模态造影剂的研发提供了新平台，在多模态医学成像领域得到广泛应用。该文对稀土上转换纳米材料在多模态跨尺度医学成像中的应用进展进行综述。

采用溶剂热法合成稀土离子Yb3+与Er3+掺杂的NaYF4 上转换纳米颗粒(NaYF4∶Yb3+,Er3+),利用反相微乳液法对NaYF4∶Yb3+,Er3+进行二氧化硅包壳修饰得到核壳型NaYF4∶Yb3+,Er3+@SiO2,并对影响其材料结构、形貌和发光性能的反应条件表面活性剂(CO-520)浓度、正硅酸乙酯(TEOS)浓度与反应时间进行了优化.结果表明,当CO-520 浓度为27 mol/L、TEOS浓度为18 mmol/L与反应时间为24 h 时合成的核壳型NaYF4∶Yb3+,Er3+@SiO2壳层厚度均匀,分散性良好,尺寸均一,经980 nm 激光照射可在529、544 与660 nm 三个特征峰处发射上转换荧光,其绿色荧光(544 nm)最为明亮.本研究优化合成的性能优良的核壳型NaYF4∶Yb3+,Er3+@SiO2稀土掺杂上转换纳米材料为其后续在生物医学、卫生检测等领域的应用奠定了坚实基础.

掺杂稀土元素的上转换纳米材料(upconversion nanoparticles,UCNPs)作为新型无机发光材料,因其具有良好的荧光稳定性及生物相容性,并可避免生物材料的自发荧光,在生物传感领域具有明显优势.基于上转换材料的荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)体系在生物检测方面的应用也越来越广泛.本文就上述转换材料为基础的FRET体系在生物毒素、激素、蛋白质、核酸、细菌等生物检测方面的应用及未来展望作一综述.

光疗法作为一种辅助替代疗法,因非侵入性的诊疗特点广泛用于乳腺癌的早期诊断与后期治疗.但现有光疗剂因疏水性及组织靶向性差、光稳定性低、体内毒副作用明显,限制了其应用范围.随着纳米技术的发展,新型复合纳米光疗剂应运而生.该文总结了近5年新型纳米光疗剂在乳腺癌光疗法中的最新进展,发现随着多功能纳米材料在乳腺癌成像诊疗一体化领域中的发展,经修饰改进后的光疗剂分别在改善光响应以提高光热转换或增加活性氧的生成、靶向肿瘤微环境/免疫细胞/癌细胞表面受体以实现药物的可控响应式释放、利用仿生材料及内源物质改善生物相容性等方面取得了进一步发展.虽然新型光疗剂在转移性乳腺癌模型的治疗中表现出高细胞杀伤率,并能有效抑制其复发转移,但在安全性和协同治疗兼容性等方面仍存在问题.未来研究不仅可以在光疗剂现有作用的基础上加以改进,还可以结合免疫疗法,开发给药途径更便捷的口服药物,以放大免疫反应,多途径协同抵御乳腺癌侵袭.

干细胞治疗是组织修复重建的重要方法,但细胞活动与疗效间的关系缺乏实时精确且无创的验证手段.分子影像学可以为无创示踪提供重要的研究手段,其中稀土来源的上转换纳米材料(UCNP)具备强于常用造影剂的MRI、CT造影功能.本文就UCNP的发展历史、制备、示踪干细胞的研究现状和肿瘤相关研究的启示进行综述.

[指示性摘要]上转换纳米颗粒(UCNPs)是由某些稀土元素掺杂于固体品格中所构成的纳米颗粒,它是一类能够通过多光子吸收机制吸收近红外光子而发射可见光子的新型荧光材料.肿瘤传统的临床诊断技术,如核磁共振成像、超声、荧光成像等,虽已运用多年但也有其缺点,因此我们需要一种新型材料来弥补传统诊断技术的不足,得到更多有用的诊断信息.近年来随着对UCNPs深入研究,发现其优点众多:生物相容性好、毒性低、稳定性好,还能与配体联接拥有更多特性,因此成为了研究热点.有不少研究更是将UCNPs运用于肿瘤的各种诊断技术中,来提升成像对比度、减少副作用、延长成像时间等,为精确诊断提供了更加完善的信息,并取得了一定的效果.本综述集中就UCNPs在肿瘤临床诊断中的研究进展,并对其在诊断领域的未来发展趋势进行小结.

上转换纳米材料(UCNPs)近几年因其独特优势备受关注.相比于传统的发光材料,UCNPs利用组织穿透能力强的近红外激光器作为激发光源,发出紫外光和可见光,具有更深的组织穿透能力、更小的组织损伤、低背景荧光等优点;其与高分辨率CT及MRI相结合,可进一步应用于多模态成像和精准治疗.该文主要综述了稀土UCNPs在多模态成像与癌症治疗中的研究进展.

上转换发光纳米材料 (UCNPs) 具有荧光寿命长、潜在生物毒性低、穿透深度大、对生物组织损伤小且几乎没有背景光等显著优点, 近年来, 在光动力治疗 (PDT) 、生物成像及生物检测等领域已经得到广泛应用.但在应用的过程中存在一些缺陷, 如在PDT中UCNPs与光敏剂之间能量转移效率较低、正常组织过热;在生物成像中, 荧光强度较弱、光敏剂和激活剂有能量回流、成像模式单一等问题.科研人员针对上述问题研究出了很多解决的方法, 如缩短UCNPs与目标物之间的距离、改变照射激光的强度、改变UCNPs的结构、将UCNPs作为新型多功能平台整合成像与治疗于一体等, 使部分问题得到了很好的解决.本文重点综述了UCNPs应用在PDT和生物成像中所出现的问题及解决方法, 并对UCNPs在生物医学领域的应用发展趋势进行展望.

上转换纳米颗粒具备光学/化学稳定性高、生物毒性低、荧光寿命长及激发光生物组织穿透深度较大等显著优点,近年来在生物传感、生物成像和疾病治疗等生物医学领域的研究和应用获得了广泛的关注.本文中,笔者就稀土元素掺杂的上转换纳米颗粒在肿瘤的诊断与治疗方面的研究现状及进展进行综合概述,主要对其在光动力疗法(PDT)、光热疗法(PPT)、化学联合疗法及多模态诊疗一体化等方面的研究展开分析和讨论,为上转换纳米颗粒的进一步研究开发及临床应用提供新的参考方向及思路.

上转换发光(UCL)是用低能量光激发出高能量光的过程,由于其所需激发光能量低、无自发荧光干扰、无光漂白且物理化学性质稳定,近年来广泛应用于生物成像.将基于上转换纳米粒子(UCNP)制得的显像剂,应用于UCL、CT、MR、PET等多模态显像中,可获得高信噪比的清晰图像.本文主要对UCNP在生物成像方面的应用作一综述.