综述：用于肿瘤精准靶向与手术导航的NIR-II发光稀土掺杂纳米材料

本综述系统阐述了稀土离子（Ln3+）掺杂纳米材料（NMs）在第二近红外窗口（NIR-II）的发光机制、合成策略及功能化应用。重点探讨了其通过被动靶向、主动靶向、理化靶向及仿生纳米结构实现肿瘤精准成像的机理，并评述了其在临床手术导航（如微小肿瘤检测、切缘界定）中的前沿进展。文章最后展望了该领域在提高吸收截面、生物安全性及大动物模型验证等方面的挑战与未来方向。

　　

引言

恶性肿瘤的发病机制复杂且涉及多步骤进程，其早期精准诊断与治疗仍是肿瘤学面临的重大挑战。传统影像学技术如磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）和光声成像（PAI）在临床诊断中广泛应用，但存在空间分辨率低、扫描时间长、无法实时引导手术等局限。荧光成像以其高灵敏度、操作简便、穿透深度深及可实时成像等特点，在肿瘤诊断与手术导航中展现出显著优势。

荧光探针是重要的生物可视化工具。其中，吲哚菁绿（ICG）是FDA批准的常用近红外荧光探针，但其存在特异性差、稳定性不足及易光漂白等问题。新型无机光学探针，如金纳米颗粒（Au NPs）、半导体量子点、碳纳米管/量子点以及Ln³⁺掺杂纳米材料（NMs），因其稳定的理化性质而受到广泛研究。Ln³⁺基纳米材料因其窄带发射、高光稳定性、优异化学稳定性及高量子产率等突出光学性能，被认为是理想的发光探针。其发光机制包括上转换（UC，吸收低能量近红外光子发射高能量可见光）和下转换（DC，吸收高能量光子发射低能量光子）发光。Ln³⁺发光探针具有化学和光稳定性好、发射波段可调、激发光位于生物光学窗口（可避免自发荧光干扰）等优势。尤其是新兴的NIR-II（1000–1700 nm）荧光成像，相较于NIR-I（700–900 nm）窗口，具有更深的组织穿透能力和更高的空间分辨率，在生物医学成像领域潜力巨大。

精准医疗要求从分子水平（如基因、核酸、蛋白质）全面理解肿瘤的发生发展，实现肿瘤的精准靶向成像与诊疗。构建功能化的Ln³⁺掺杂纳米材料是实现此目标的关键。这些纳米材料不仅能实现肿瘤早期诊断，还能进行术中导航，为医生提供实时影像，提高手术精准度。纳米颗粒可利用肿瘤部位的增强渗透和滞留（EPR）效应实现被动靶向。通过修饰肽段、小分子、抗体、核酸适体等可进一步实现主动靶向。近年来，基于细胞膜（如血细胞、癌细胞、免疫细胞膜）的仿生纳米颗粒因其良好的生物相容性、低毒性、长循环时间和低免疫原性而被广泛应用于癌症成像。此外，磁性Ln³⁺纳米材料可在磁场驱动下靶向病灶部位，实现物理靶向。

NIR-II Ln³⁺掺杂纳米材料的合成

Ln³⁺掺杂纳米材料的合成方法多样，主要包括共沉淀法、溶剂热/水热法以及热分解法等。共沉淀法是将Ln³⁺离子可溶性盐前体与沉淀剂混合，在80°C水浴中生成无定形前驱体，再经高温煅烧获得结晶度好、发光强度高的最终产物。溶剂热/水热法则在高温高压条件下进行，有利于控制纳米材料的形貌和尺寸。热分解法则通常使用有机金属前驱体在高温下分解，可制备出单分散性好的纳米晶。每种方法各有其优缺点和适用场景。

Ln³⁺掺杂纳米材料的精准靶向机制

赋予Ln³⁺掺杂纳米材料靶向功能是实现其精准递送的核心，主要机制包括：

1. 1.
   被动靶向：利用纳米颗粒尺寸效应，通过肿瘤组织血管通透性高且淋巴回流受阻的EPR效应，在肿瘤部位富集。
2. 2.
   主动靶向：通过在纳米材料表面修饰能够特异性识别肿瘤细胞表面过度表达受体的配体（如肽、抗体、小分子），实现主动寻的。
3. 3.
   理化靶向：利用外部物理场（如磁场）引导磁性纳米材料到达特定部位，或利用肿瘤微环境（如pH、酶）响应性释放药物/显像剂。
4. 4.
   仿生纳米结构：利用天然细胞膜（如红细胞膜、癌细胞膜）包裹纳米材料，赋予其长循环、免疫逃逸和同源靶向等特性。

NIR-II成像引导下Ln³⁺掺杂纳米材料的手术导航

手术切除是临床治疗肿瘤最常用且有效的方法，但其效果很大程度上依赖于外科医生的经验判断，容易导致切除不足或过度切除。NIR-II成像凭借其高分辨率和深穿透能力，能够清晰显示术中难以肉眼分辨的微小病灶、准确勾勒肿瘤边界（切缘界定）以及进行前哨淋巴结绘图，为医生提供实时导航，显著提高肿瘤根治性切除率，降低复发风险。

总结与未来展望

尽管Ln³⁺掺杂NIR-II纳米材料在肿瘤精准靶向与手术导航中展现出巨大应用前景，但仍面临诸多挑战。未来研究应聚焦于：提高稀土离子的吸收截面以增强发光强度；系统评估纳米材料的生物相容性和长期生物安全性；在大动物模型中验证其成像效能和治疗效果；探索更特异性的生物靶点以开发高选择性探针。解决这些关键问题将极大地推动该类材料从基础研究走向临床转化。