大晶体有什么用—晶体契约有什么用!

荧光成像具有非侵入性、高灵敏度、高时空分辨率等优点，广泛应用于生命科学和临床医学等领域。

相对于可见光窗口（400-650 nm）和近红外第一窗口（650-900 nm）而言，生物组织在近红外第二窗口（1000-1700 nm）对于激发光和发射光的吸收与散射作用较小。因此，近红外第二窗口区间的光学信号可以极大地提高活体成像的穿透深度、分辨率和信噪比。长余辉（Persistent luminescence）不受背景自发荧光的影响，因此有望实现高对比度生物成像。然而，目前用于体内成像的长余辉材料主要是块状晶体，其特征是尺寸和形态不均匀、核壳结构难以接近和发射波长短。

2021年6月10日，复旦大学张凡、凡勇及河北大学杨艳民共同通讯在Nature Nanotechnology （IF=31.59）在线发表题为“X-ray-activated persistent luminescence nanomaterials for NIR-II imaging”的研究论文，该研究报告了一系列 X 射线激活的镧系元素掺杂纳米粒子，它们在第二个近红外窗口（NIR-II，1,000–1,700 nm）中具有延长的发射寿命。

核壳工程实现了可调谐的 NIR-II 长余辉，其在信噪比和体内多重编码和多级加密的准确性以及解析小鼠腹部血管、肿瘤和输尿管方面优于 NIR-II 荧光在深层组织（~2-4 mm）中，信噪比高出四倍，清晰度提高三倍。这些设计合理的纳米粒子还允许对内脏进行高对比度多重成像和对鼠肿瘤进行多模态 NIR-II 长余辉-磁共振-正电子发射断层扫描成像。总之，该研究将为分析化学、材料科学、生物光子学、生命科学、生物医学工程和医疗诊断等领域拓宽研究视野。

具有低组织散射的第二个近红外 (NIR-II, 1,000–1,700 nm) 窗口中的光学成像由于其高灵敏度和高时空分辨率在生物和医学科学中具有很大的实用性。最近，一项临床研究还强调了术中 NIR-III 荧光 (FL) 成像和 NIR-II 图像引导手术的有希望的临床潜力。然而，由于不可避免的实时激发光产生的组织自发荧光背景，限制仍然存在，这会影响活组织的成像质量和特异性，以及宽视场成像中潜在的光诱导过热和不均匀照明。

长余辉 (PL) 是一种独特的光学现象，可以在激发停止后持续数分钟甚至数小时。因此，它有望应用于体内生物成像和生物传感以及体内安全加密和信息存储。然而，目前这一代 PL 材料主要是大晶体，使用合成方法生长，包括在极高温度（> 1,000 °C）下进行固态退火，缺乏纳米结构调制和表面特性可调性。可见光（400-700 nm）和第一近红外（NIR-I，700-900 nm）窗口中的发射使这些缺点更加复杂，这阻碍了深部的高对比度成像组织。

另一方面，这些材料通常需要紫外线或可见光光来充电，这限制了它们的能量富集，尤其是在存在组织散射和吸收的情况下。相比之下，已用于放射治疗和生物成像的高能 X 射线可以激活具有大带隙的材料并刺激 PL，但发射仍仅限于紫外线和可见光窗口。迄今为止，在 NIR-II 窗口中具有可调发光的 X 射线激活的纳米尺寸 PL 材料的开发，以及用于体内成像的良好控制的多功能纳米结构，构成了一个显著的挑战，并且仍有待探索。

在这里，该研究报告了 X 射线活化、镧系元素掺杂的 PL 纳米粒子 (Ln-PLNPs) 的合成，该纳米粒子可以解决上述缺点。通过定制活化剂组成，开发了一系列提供 NIR-II PL 发射超过 72 小时的 Ln-PLNP。该研究首先研究了 Ln-PLNPs 的结构参数和温度对其 PL 强度的影响，并提出了 X 射线激活 Ln-PLNPs 的合理机制。

通过在单个纳米粒子中设计核壳结构，该研究展示了可调谐 NIR-II PL，在深层组织中具有高容量编码和稳健解码的可行性。最后，该研究评估了 Ln-PLNPs 在多个体内成像应用中的光学性能，包括高对比度腹部血管、肿瘤成像和输尿管跟踪，以及多光谱体内深部组织内脏成像和多模态 PL-磁共振– 肿瘤的正电子发射断层扫描 (PET) 成像。该研究将为分析化学、材料科学、生物光子学、生命科学、生物医学工程和医疗诊断等领域拓宽研究视野。

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