長余輝納米粒子的合成及其生物成像應用

趙 敏，隗予榮，楊雁冰，袁 荃

（武漢大學 化學與分子科學學院，湖北 武漢 430072）

熒光成像可以非侵入性的方式獲取細胞、組織的關鍵信息，為醫學診斷、疾病治療和生物學機制研究提供重要的指導作用［1］。熒光成像具有可視化、測量速度快、操作簡單、靈敏度高和破壞性低等優點，已經成為從生物組織中獲取細胞或亞細胞分辨率分子事件的有力可視化工具［2-6］。生物組織成分復雜，常規熒光探針的光學信號與生物體背景熒光壽命相同，生物組織會產生背景熒光和光散射干擾，影響靶標檢測的準確性，降低成像的信噪比和靈敏度［7-8］。因此，減少生物組織的自發熒光和光散射的干擾，對提高生物成像的信噪比和靈敏度具有重要意義［9-12］。

延遲發光能夠有效避免生物樣品的自發熒光干擾，顯著提高生物成像的信噪比和靈敏度［13］。PLNPs 是一種在激發光停止后仍能持續發光的納米材料，這種材料通過內部缺陷快速儲存能量然后緩慢釋放能量［14］。當發光中心在高能光激發下，電子從基態躍遷到激發態，此過程中部分電子會被陷阱捕獲而保留，在熱激活等物理作用下被捕獲的電子緩慢釋放重新躍遷回基態時，形成長余輝發光［15］。在停止激發后的幾秒到幾小時內，甚至數天內仍能檢測到長余輝發光［16］。因此，在納秒級別的自體熒光和激發光散射消失后再收集余輝發光，可以避免光學成像中的背景熒光和光散射干擾，顯著提高成像信噪比和靈敏度。PLNPs雖然在生物成像方面具有顯著的優勢，但實際應用過程對材料的發光強度、余輝性能和組織穿透能力等方面均提出了較高的要求。PLNPs 的合成對其材料性能至關重要。通過選擇合適的合成方法和調控合成過程的參數可獲得余輝強度高、衰減時間長的PLNPs，這也使得PLNPs成為長時間尺度生物成像的理想選擇，能夠被應用于細胞示蹤或腫瘤監測等領域。此外，通過設計能量轉移過程，可獲得具有X射線激發的近紅外（NIR）區域發射的PLNPs，以增強長余輝信號的組織穿透能力。

本文從合成和生物成像應用兩個方面系統介紹了近年來PLNPs 的最新研究進展。主要總結了PLNPs 的合成方法；概括了PLNPs 在生物成像領域的應用，尤其是在指紋成像、細胞和活體成像中的應用進展；進一步探討了PLNPs 在生物成像領域面臨的挑戰并對其未來進行了展望。本文旨在為PLNPs的合成和生物成像應用提供有價值的信息，為未來PLNPs在生物醫學領域的應用提供指導。

1 長余輝納米粒子的合成方法

PLNPs的合成方法包括“自上而下”和“自下而上”法。“自上而下”法是將大尺寸的物質通過物理研磨或化學蝕刻工藝獲得納米級的材料。這類方法的優勢是可獲得多種立體或平面結構，并保持原有的疏松多孔結構。缺點是在刻蝕過程中會有損耗，得到的材料微觀形貌通常難以調控。“自下而上”法是通過弱相互作用將一些小尺寸的結構單位組裝成更大、更復雜的納米結構。這類方法制備的PLNPs形貌和大小均一，分散性和生物相容性好。

1.1 自上而下法

“自上而下”法是從大尺寸材料出發，逐步分解為納米材料的方法。這種方法包括高溫固相法和溶膠凝膠法。“自上而下”法制備的長余輝材料通常為塊狀化合物，需要經過物理處理（例如研磨）將塊狀熒光粉研磨成納米熒光粉。由于涉及高溫處理，得到的PLNPs通常具有較強的持續發光性能。

1.1.1 高溫固相法最早誕生的長余輝材料合成方法是高溫固相法，主要原理是基于固體粉末在高溫焙燒條件下進行固相反應。通常按比例稱量一定純度的固態原料粉末，與助熔劑混和均勻后，在特定氣體氛圍和溫度中灼燒，再經過研磨或蝕刻等工藝獲得納米級的材料。這種方法操作簡便，在反應條件控制、原料和還原劑以及助熔劑的選擇方面都很成熟，因此被廣泛地用于制備長余輝材料。目前，該方法已被用于合成Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+、SrxAl2O4∶Eu2+，Dy3+、Y2O2S∶Ti4+，Mg2+、CaTiO3∶Pr3+、CaxMgSi2O5+x∶Dy3+等多種長余輝材料［17-18］。但由于納米化過程需要進行高溫退火處理，材料的晶型容易被破壞，產物形貌和尺寸難以控制，通常制備的材料缺乏尺寸均一性。

1.1.2 溶膠凝膠法溶膠-凝膠法是指反應物在特定環境下水解生成溶膠，熱處理使溶劑揮發獲得具有網狀結構的凝膠，進一步采用適當的工藝處理生成納米材料。這種方法很容易制備發光強度高、結晶度好和尺寸分布均一的PLNPs。Zheng 等［19］通過溶膠凝膠法合成了具有NIR-I 和NIR-II 發射的Mg-GeO3∶Mn2+，Yb3+，Li+的長余輝納米粒子，Yb3+離子的摻雜不僅能作為陷阱中心增強Mn2+在680 nm 的NIR-I長余輝發射，也可以提供產生~1 000 nm 的NIR-II的發光中心，Li+的摻雜還可以大大提高Yb3+的NIR-II余輝發射。除了離子摻雜的方式外，調節反應過程中的原料組成和配比、反應溫度和pH值等條件也可改善余輝發光。例如Homayoni等［20］采用溶膠-凝膠法合成了Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+PLNPs，通過優化溫度、pH 值和煅燒時間，發現在室溫及pH 4.0 條件下合成并在1 050 ℃退火下制備的樣品具有很強的持續發光，這為優化PLNPs 的性質以及促進其實際應用提供了良好的途徑。溶膠-凝膠法還用于CaMgSi2O6∶Eu2+，Mn2+，Pr3+、Sr1.6Mg0.3Zn1.1Si2O7∶Eu2+，Dy3+、Ca1.86Mg0.14ZnSi2O7∶Eu2+，Dy3+、Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3、LiGa5O8∶Cy3+和Zn2.94Ga1.96Ge2O10∶Cy3+，Pr3+等多種長余輝納米粒子的合成［21-24］，是一種非常普適性的PLNPs合成方法。

1.2 自下而上法

相較于“自上而下”法，“自下而上”法可以通過調節反應條件來調控納米材料的形貌和均勻性，通常可以用于制備粒徑較小、生物相容性好的PLNPs。“自上而下”法主要包括溶劑熱法、高溫熱分解法和模板法等。

1.2.1 溶劑熱法溶劑熱反應是基于溶劑的特殊性質，將幾種前驅體溶解在密閉體系的溶劑中，在超臨界條件（如一定溫度和壓力）下進行特定反應來獲得所需產物。通過調控反應條件（pH 值、時間、溫度等），可有效控制PLNPs的發光性質。這種方法是基于溶劑的熱力學性質，各種溶劑的性質相互影響，溶解在溶劑中的反應物的化學反應活性大大提高。這使得反應能夠在較低的反應條件下發生，具有反應條件溫和、環境友好、成本低、效率高等優點［25］。采用溶劑熱法可以合成ZnGa2O4∶Cy3+、Zn2SnO4∶Cy3+，Eu2+、ZnGa2O4∶Cy3+，Eu2+等多種納米粒子［3，26-28］。本課題組采用水熱法直接合成了發紅光的Zn1+xGa2-2xGexO4∶Cy3+PLNPs，通過改變PLNPs 的組成配比調節材料的余輝發光強度和衰變時間［2］。Zhou 等［29］在反應體系中加入油酸作為表面活性劑，優化了ZnGa2O4∶Cy3+（ZGC） PLNPs 的合成。Li 等［30］通過溶劑熱法合成了L-半胱氨酸介導的聚集金納米粒子和PLNPs 的雙信號納米探針。Wei 等［31］通過調整溶劑中的甲醇含量，調控了近紅外ZGC PLNPs 的尺寸和發光性質（圖1A），最高余輝時間可達20 h。Verelst 等［25］利用種子介導法合成了粒徑可控的ZGC PLNPs（圖1B）。最近，Zhang 等［32］用溶劑熱法開發了一種新型的Cs2Na0.9Ag0.1LuCl6∶Cy3+PLNPs（圖1C），這種PLNPs 能夠被X 射線激發，有望用于體內深層次組織成像。

1.2.2 高溫熱分解法高溫熱分解反應是指在高溫下，溶解在有機表面活性劑中的有機金屬鹽前驅體快速成核并逐漸形成納米粒子的反應過程。通過調節溶劑種類、反應溫度、摻雜離子和pH 值等條件，可以控制PLNPs 的余輝性能和尺寸大小。這種方法反應時間短、操作簡單、可操控性強，但制備產量較低。本課題組采用高溫熱分解法合成了硫氧化鑭長余輝納米材料，通過摻雜不同的稀土粒子Eu3+、Dy3+和Tb3+，分別獲得了發射紅色、黃色和綠色長余輝發光［33］。高溫熱分解法也是合成穩定的小尺寸、單分散納米顆粒的最佳方法之一。本課題組［9］還基于金屬乙酰丙酮酸前體，采用高溫熱分解法合成了超小（5 nm）納米點ZnGa2O4∶Alx，Cr（x=0.025、0.05、0.075、0.1），這種材料尺寸均一、分散性好、余輝發光強；通過控制Al3+的摻雜可調節PLNPs 的發光強度和余輝衰減時間。該方法還可用于ZnGa2O4∶Scx，Cr、ZnS∶Cy和CaF2等多種長余輝納米點的控制合成，具有良好的普適性。將長余輝納米點與脂質體組裝能構建具有良好生物相容性的復合生物成像平臺，有望推動其在生物成像和藥物遞送等生物醫學方面的應用。

1.2.3 模板法模板法是通過物理、化學或生物手段，將PLNPs 的前驅體沉積到模板的孔中或其表面，實現對納米材料的尺寸、形態和結構的精準調控。常用的模板有介孔二氧化硅、碳納米球等。介孔二氧化硅納米粒子因其易于控制的合成、超高的比表面積、巨大的孔體積和良好的生物相容性而被廣泛用于生物學、藥物遞送和醫學研究，以及用于包裹各種藥物、功能分子和造影劑。將PLNPs 負載到介孔二氧化硅的孔道內，可以避免粒子團聚及過度生長，增加材料的比表面積，為材料的進一步表面修飾和藥物裝載奠定基礎。Lin 等［34］以介孔二氧化硅為模板合成了mSiO2@Zn0.6Ca0.4Ga2O4∶Cy3+，Yb3+（mSiO2@ZCGO）PLNPs，材料尺寸約為69 nm，這種材料在兩個近紅外窗口（Cr3+的～696 nm 和Yb3+的～1 000 nm）均表現出持續的發光。在紫外激發下Cr3+和Yb3+的余輝發射分別持續超過120 min 和10 min。這種mSiO2@ZCGO 能夠受X 射線激發產生余輝發射，有望用于深層組織生物成像。以介孔二氧化硅為模板還可合成SiO2@Zn2SiO4∶Mn2+、SiO2@SrMgSi2O6∶Eu2+，Dy3+、SiO2@CaMgSi2O6∶Eu2+，Pr3+，Mn2+、Gd2O3@mSiO2@CaTiO3∶Pr3+、Zn1.1Ga1.8Ge0.1O4∶Cy3+，Eu3+@SiO2、SiO2@CaTiO3∶Pr3+和mSiO2@Gd3Ga5O12∶Cy3+，Nd3+等多種長余輝探針［35］。碳球也是理想的模板，Wang 等［36］以碳球作為模板，用水熱法在碳球上包覆一層長余輝物質，通過高溫使碳氣化排出，制備出尺寸均勻、比表面積大、負載能力強、發光效率高的中空PLNPs（圖2A~H）。這種方法可以改善中空PLNPs 的水溶性和生物相容性，有望實現載藥-緩釋功能于一體的癌癥靶向治療［37］。

圖2 以介孔二氧化硅為模板合成mSiO2@ZCGO的示意圖（A）；介孔二氧化硅（B）和mSiO2@ZCGO（C）的TEM圖；mSiO2@ZCGO的高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）圖［34］（D）；以碳球為模板合成空心近紅外PLNPs的示意圖（E）；不同直徑的碳球為前驅體合成的空心PLNPs的TEM圖［36］（F-H）Fig.2 Schematic diagram showing the preparation of mSiO2@ZCGO（A）；Transmission electron microscope（TEM） images of mSiO2（B） and mSiO2@ZCGO（C）；HRTEM image of mSiO2@ZCGO［34］（D）；Schematic illustration for the preparation of hollow near-infrared PLNPs with carbon spheres（E）；TEM images of hollow PLNPs synthesized with carbon spheres of different diameters［36］（F-H）

2 長余輝納米粒子在生物成像中的應用

近年來，合成方法的不斷發展和優化促進了長余輝納米粒子的尺寸、形態以及發光性能的改善，極大提高了PLNPs 的光學性能，有效促進了PLNPs 在生物成像領域的應用。PLNPs 在激發光停止后仍能持續發光的特性使其能夠有效消除背景熒光干擾，具備高靈敏度和高信噪比等優勢，在生物成像和疾病診療等領域具有極大的應用前景。目前，PLNPs 已被廣泛用于指紋成像、細胞成像和活體成像等領域，可用于協助刑偵探案、動態監測腫瘤發生和發展過程中的關鍵分子水平事件，促進生物學機制研究和疾病的診療。表1匯總了幾種常見的長余輝納米粒子及其在生物醫學成像方面的應用。

表1 典型的長余輝納米粒子及其生物成像應用Table 1 Typical persistent luminescence nanoparticles and their applications in bioimaging

2.1 指紋成像

指紋可以提供許多人體信息，在法醫鑒定、醫療診斷等領域受到了廣泛關注［3］。指紋識別是一種操作簡單、安全性高的生物鑒別技術。利用人體指紋形態的專有性、不可更改性與基因相關性，指紋識別可以用于身份驗證、遺傳信息識別和篩查等領域［47］。此外，利用指紋中殘留外源性物質的物理、化學和生物性質能夠提供指紋中所攜帶的社會信息［48］。潛指紋（Latent fingerprints，LFP）是指手指在接觸汗液、灰塵或者油脂后，殘留在干凈表面上的指紋。LFP 具有肉眼不可見性，需要外部技術使其可視化。采用顯色劑可以成像LFP，分辨出指紋中一些歧點、孤立點、環點和短紋等獨特細節，這些信息可作為個人識別的基礎。盡管LFP 成像已經取得了很大的進展，但是實際樣本比較復雜、容易受到背景信號的干擾，獲得的LFP 圖像嚴重模糊、信噪比和靈敏度低。PLNPs 具有激發/發射分離的特征，在背景信號消失之后收集余輝信號能夠有效消除復雜背景的干擾，有望獲得清晰的指紋圖像。本課題組制備了羧基功能化的Zn2GeO4∶Ga，Mn（ZGO∶Ga，Mn） PLNPs 用于潛指紋的時間門控成像［3］。PLNPs 表面的羧基形成的活性酯與LFP 中氨基酸中氨基反應可以標記LFP。這種方法能夠消除背景熒光的干擾，獲得高清晰度的LFP圖像（圖3A-D），由于氨基酸的高穩定性，該方法還能檢測留存多日的陳舊指紋。該策略具有一定的通用性，在PLNPs 上修飾刀豆蛋白A 后，可實現LFP 中糖蛋白的檢測和成像。為使得LFP 的檢測更加便捷和方便，我們課題組［4］進一步發展了以羧基功能化的Zn2GeO4∶Mn（ZGO∶Mn-COOH） PLNPs 為顯色劑的一種無背景、易于操作的pH 介導的LFP 成像方法。在一定的酸性環境下，ZGO∶Mn-COOH PLNPs 帶負電荷，酸性環境下LFP 中的蛋白質和氨基酸在質子化后帶正電，帶負電的ZGO∶Mn-COOH 很容易通過靜電作用與質子化的指紋脊結合。將含有ZGO∶Mn-COOH PLNPs 的特定酸性溶液儲存在便攜式噴霧器中，在檢測LFP 時只需向基底上噴灑這種酸性溶液，就能有效地去除背景熒光干擾，獲得清晰的LFP圖像。

圖3 紫外光激發前后撲克牌和飲料罐上的指紋圖像（A）；PLNPs在指紋成像中的穩定性以及光滑和粗糙基底上的指紋圖像（B）；商業染料和長余輝探針標記指紋的共定位三維共聚焦成像（C）；LFP中糖蛋白的檢測［3］（D）Fig.3 Photos of fingerprints on playing cards and soft drink cans with and without UV stimulation（A）；Luminescent images of fingerprints aged at different time periods；fingerprint images on smooth and rough surfaces（B）；3D confocal images of fingerprints marked with commercial dyes and persistent luminescence probes（C）；Detection of glycoprotein in LFP［3］（D）

2.2 細胞成像

細胞是生物體的基本組成單元，細胞功能的實現需要依靠大量蛋白和分子，觀察細胞內各種蛋白或分子的圖像以及動態變化對于分子診斷、疾病機制研究和疾病診斷等具有重要作用。細胞本身成分復雜，主要由大量的有機物組成，易產生干擾熒光信號，影響成像的靈敏度和準確性。PLNPs 能夠避免熒光信號的干擾，實現對不同生物活性分子的可視化監測，直觀地獲得目標分子的空間分布和動態變化信息。在PLNPs 表面修飾靶向識別基團（抗體、適配體和受體）［49］，能夠增強PLNPs 的靶向識別能力。目前，采用PLNPs 已經實現了谷胱甘肽［50］、多巴胺［51-52］等多種小分子以及蛋白質［3，53-57］、核酸［58-59］等生物分子的成像。Lyu 等［60］通過采用適配體標記近紅外PLNPs 實現了外泌體蛋白的檢測，通過改變適體序列可以檢測不同的外泌體蛋白，有望用于癌癥診斷。PLNPs 不僅能實現單一標志物的檢測，還能實現多種標志物的生物傳感。Feng 等［61］為了實現多種癌癥相關生物標志物成纖維細胞活化蛋白α（FAPα）的生物傳感和生物成像，在Au 涂覆的ZnGa2O4∶Cr3+0.004表面上修飾Cy5.5-KGPNQC-SH，使其猝滅熒光，從而建立了余輝共振能量轉移體系（圖4A），實現了復雜樣本中FAPα 的高靈敏檢測（圖4B）。此外，PLNPs 還能用于可視化細胞遷移等生物進程，為長時間觀測腫瘤病灶轉移提供有力的支撐。Liu等［62］使用PEG修飾的PLNPs跟蹤了25天的腫瘤細胞轉移到淋巴結的過程，發現腫瘤細胞在3天之內出現轉移。Zhao 等［63］開發了近紅外ZnGaGe∶Eu2+，Cr3+PLNPs 探針，在材料表面修飾4-羧基苯基硼酸使其具有受體介導的內吞作用，用于監測乳腺癌細胞的轉移過程。除了追蹤癌細胞的遷移外，PLNPs 還被應用于樹突細胞和干細胞等正常細胞的遷移。Harizaj 等［64］使用脂質包被的近紅外LiGa5O8∶Cr3+PLNPs 實現了體內樹突狀細胞遷移的可視化檢測。Xia 等［65］使用聚L-賴氨酸修飾的Cr3+/Eu3+共摻雜Zn1.1Ga1.8Ge0.104PLNPs跟蹤骨髓間充質干細胞在小鼠體內的遷移過程，成像時間長達30天。

圖4 ∶ZnGa2O4∶Dy3+@MPA@Au的制備過程示意圖（A）；U87MG、MDA-MB-435和AD293細胞與PLNPs探針共孵育后的體外細胞成像（B）［61］Fig.4 Schematic diagram of the preparation process of ∶ZnGa2O4@MPA@Au（A）；Fluorescence images of U87MG，MDA-MB-435 and AD293 cells incubated with PLNPs probe（B）［61］

2.3 活體成像

活體成像能直觀地追蹤研究對象的生物過程，在腫瘤診斷和手術導航中必不可少。活體環境中目標分子的實時、動態和高時空分辨成像對于理解生物體內的細胞分子功能、信號傳遞以及基因表達等生理過程非常重要，對致病機制研究、疾病診斷和治療等具有重要意義。但活體成像受到組織吸收、散射和自發熒光的嚴重干擾。PLNPs 是一種非常理想的活體成像材料，它能夠有效消除生物體內自發熒光干擾，具有較高的成像靈敏度［66］。在實際應用中，體內環境較復雜，對PLNPs的分散性、穩定性、靶向性和生物相容性均提出了較高的要求。對PLNPs 進行表面修飾和功能化，有望獲得粒徑均一、生物相容性好和具有靶向識別能力強的長余輝納米探針，對組織成像［67-70］、病灶轉移［71-75］、成像引導的治療［76-80］等方面具有重大意義。

與可見光相比，近紅外光在穿透皮膚、脂肪和粘液等生物組織時的散射較少，不易被生物樣品吸收，在生物組織中的穿透能力強。NIR 區域主要分為兩個部分，即NIR-I（650~900 nm）和NIR-II（1 000~1 450 nm）。NIR-I 發射的PLNPs 無需原位激發，具有高信噪比、低散射和深層組織穿透能力等優點，在活體診療領域受到廣泛關注［81-82］。Abdukayum 等［83］通過Pr3+/Cr3+共摻雜合成了具有NIR-I 發光的Zn2.94Ga1.96Ge2O10∶Cr3+，Pr3+PLNPs，修飾聚乙二醇可提高PLNPs的生物相容性和水溶性，與多肽生物偶聯后有望用于長期體內靶向腫瘤成像。與NIR-I 發射的PLNPs 相比，具有NIR-II 發射特征的PLNPs 能進一步降低散射現象，生物體自發熒光背景噪聲幾乎消失，在提升成像信噪比、圖像清晰度和穿透深度等方面更有優勢［84］。Lin 等［85］用溶劑熱液固溶液和鹽微乳液法合成MgGe0.8Ga0.2O3∶Yb3+PLNPs，該材料可用X射線反復激發產生NIR-II長余輝發光，余輝光能夠穿透厚度約為3.9 mm的生物組織。除了單一近紅外發射外，多生物窗口發射的長余輝納米探針也被報道。Chen等［86］報道了一種CaTiO3∶Pr3+多波段長余輝探針，可被極弱可見光激發，首次同時實現了三個生物成像窗口（可見光，NIR-I 和NIR-II）的成像（圖5）。

PLNPs 可有效避免光散射和組織自發熒光干擾，增強成像的靈敏度和信噪比。目前PLNPs 的激發光主要是紫外光或可見光，這些激發光的組織穿透深度有限［87］。相比之下，X 射線波長短、能量高，具有深層組織穿透能力，可激活具有大帶隙的PLNPs 產生高強度的長余輝發光。X 射線激發近紅外發射的PLNPs 的出現促進了活體深層次成像邁向新臺階［88-89］。Zheng 等［19］制備了X 射線激發的MgGeO3∶Mn2+，Yb3+，Li+（MGO） PLNPs，材料形貌均勻，尺寸為50~100 nm。使用軟X 射線可以有效地激發MGO PLNPs 產生長時間持續的NIR-I/II 發光，這種PLNPs 修飾葉酸后能夠有效靶向炎癥RAW264.7 細胞，在炎癥模型小鼠體內實現了對炎癥細胞的長期觀測。通過在長余輝材料中摻雜Cr3+，有望實現在X射線激發下發射近紅外光余輝。Yang等［90］通過在ZGO PLNPs中引入一定量的Cr3+和Er3+離子，獲得在低劑量X 射線激發下可以發射近紅外光的PLNPs。隨后，Lu 等［91］開發了由X 射線激發的LaAlO3（LAO）PLNPs，通過摻雜Cr3+改變缺陷態的電子能量轉移過程，使得LAO PLNPs 從深紅色調制到NIR-II/III 窗口。這些工作為深層組織近紅外成像造影劑的開發提供了重要指導。

無論是可見光還是近紅外光，余輝成像都屬于熒光成像的范疇，這種成像模式通常只能實現平面和細胞水平的單一模式成像，難以實現到大范圍、跨尺度、多模態的成像，獲得的解剖和生理信息的能力有限。將近紅外余輝成像與其他醫學成像技術如計算機斷層掃描（CT）、正電子發射斷層掃描（PET）和磁共振成像（MRI）等相結合，構建多模式生物成像技術有望實現對生命體整體結構的全方位可視化過程的觀測，對重大復雜疾病的研究具有重要意義。Zou等［92］通過大孔-介孔二氧化硅材料構建了多功能雜化介孔PLNPs，用于長期體內近紅外長余輝、MRI 和PET 成像，以及化療和近紅外長余暉敏化光動力治療。Pei 等［93］報道了一系列X 射線激發的NIR-Ⅱ稀土摻雜NaYF4∶3 % Er@NaGdF4-（18F）PLNPs，除了NaYF4∶3% Er發光中心提供的長余輝信號外，引入標記的NaGdF4外殼在增強余輝強度的同時還能提供T1增強的磁共振成像功能。此外，在材料合成時摻雜具有特殊功能的離子有助于合成一體化多功能的多模式成像探針。例如，將18F-摻雜到NaGdF4殼層中能促進材料的PET 成像功能。Bi3+離子作為CT成像的造影劑，Li等［94］通過設計合成新型Bi2Ga4O9∶Cr PLNPs，實現了長余輝熒光和CT的雙模式成像。

目前，PLNPs 用于活體成像依然面臨著生物相容性、藥代動力學和生物安全性等問題，充分了解和解決這些問題可以極大地促進PLNPs 在生物醫學應用領域的臨床轉化。目前已經有許多細胞系用于評估PLNP 的體外細胞毒性，結果表明大多數PLNPs 無明顯的細胞毒性［35］。Zhang 等［95］選擇了3 種類型的細胞評估聚乙二醇化PLNP 的體外風險。結果表明，聚乙二醇化PLNPs 對3 種不同細胞系的細胞活力、細胞膜損傷、氧化應激和凋亡無顯著影響。PLNPs 在體內的分布和代謝對其毒性有重要影響。通常情況下，納米顆粒會被單核吞噬細胞系統（即肝臟和脾臟）快速吸收，但通過調控材料表面的性質有望獲得改善，例如在材料表面修改聚乙二醇可防止蛋白質吸附在納米顆粒表面，顯著減少體外巨噬細胞的攝取。Zhang等［95］發現靜脈注射10 mg/kg聚乙二醇化PLNPs后，PLNPs大部分積聚在網狀內皮系統中，并且可以通過消化系統逐漸排出體外。Richard 等［96-97］報道了納米粒子的粒徑、表面分布和理化性質對PLNPs 體內運輸的影響。結果表明，掩蔽電荷、增加氨基硅烷密度、減小粒徑可以減少肝臟對PLNPs 的捕獲，有效增加PLNPs 在體內的循環時間。這些研究均表明通過改善PLNPs 的表面性質、電荷和粒徑大小有望促進PLNPs在體內生物醫學成像研究的臨床轉化。

3 結論與展望

PLNPs 具有在激發光停止后持續發光的特殊性質，能夠有效消除背景熒光干擾和散射光，被廣泛用于高信噪比、高靈敏生物成像，有希望獲得更精細的生物結構信息。本文總結了目前常見的幾種PLNPs 的合成方法并分析了各方法的優缺點，對PLNPs 在生物成像領域的應用進行了總結和概括。現有的合成方法主要基于“自上而下”的高溫固相法和溶膠凝膠法，以及“自下而上”的溶劑熱法、高溫熱分解法和模板法。其中，在生物成像領域應用較為普遍的方法主要有溶膠凝膠法和溶劑熱法；高溫熱分解法通常用于合成粒徑較小的PLNPs；模板法更適用于成像和載藥等多功能一體的復合材料構建。這些方法的總結為探索適合生物成像的PLNPs 的制備提供了指導意見。盡管采用當前技術所合成的PLNPs 能滿足大多數生物成像的需求，但是依然需要探索合成余輝發光強度高、衰減時間長的PLNPs 合成方法。未來有望通過探索微調晶體中的缺陷來增強PLNPs 的持續發光性能，進一步改善成像的信噪比和靈敏度，獲得更大時間尺度的生物成像。為了順應將來多模式成像的需求，合成多模式于一體的PLNPs 依然是未來發展的一個重要方向。但目前多模式PLNPs 主要依靠模版或不同功能的材料復合實現功能的集成，這種集成方式的化學鍵作用力弱、整體結構不均勻。因此，在今后需要探索合成一體化的多功能PLNPs，利用摻雜元素以及本身的特殊結構實現多功能化。盡管目前有許多報道表明PLNPs 對于大部分細胞系的毒性較低，但依然需要更為詳細的毒性病理性研究，進一步研究PLNPs 對基因、蛋白質的影響或評估其生物轉化。此外，本文還探索了PLNPs 在生物成像領域的研究進展，主要概括了PLNPs 在指紋成像、細胞成像以及活體成像領域的最新研究進展。為了實現深層次的組織成像，高能量X 射線激發近紅外發射的長余輝成像將會成為未來生物成像領域探索的熱點。然而，這方面的探索還處于起步階段，應用范圍也主要局限于腫瘤細胞成像領域，在未來需要探索更為豐富的組織成像對象，使PLNPs應用于更為廣闊的生物成像領域。