综述：比率型余辉发光：可靠定量生物成像与疾病监测的新范式

这篇综述系统阐述了比率型余辉发光（Ratiometric Afterglow Luminescence）技术在生物成像和疾病监测中的突破性应用。通过双发射信号的内标校准特性，该技术有效消除背景干扰（如自体荧光），实现对肿瘤免疫治疗关键分子一氧化氮（NO）的高灵敏度动态监测，为癌症等疾病的精准诊疗提供了新型光学工具。

　　

物理学视角下的余辉发光

余辉发光现象源于材料受光、X射线或超声激发后，陷获电荷载流子（电子或空穴）的缓慢释放过程。这些载流子通过复合发射特定波长光子，其持续时间可从毫秒延伸至小时级。区别于传统荧光，余辉发光无需实时激发光源，显著降低生物组织自发荧光干扰。

癌症免疫治疗监测的NO检测革命

一氧化氮（NO）作为调控肿瘤微环境的关键信号分子，其动态变化直接反映免疫治疗效果。新型比率型余辉探针通过双波长发射比值（如645nm/810nm）实现NO定量，灵敏度达纳摩尔级。当NO与探针中邻苯二胺基团特异性反应时，引发能量转移效率变化，导致两波长发射强度比值发生规律性偏移，从而建立NO浓度与光学信号的数学对应关系。

背景干扰的终极解决方案

传统单发射探针易受组织异质性影响，而比率型设计通过同步采集两个发射通道信号，利用其受环境干扰的同向性特征，通过数学比值运算抵消散射光、探针分布不均等因素。实验证明，该技术可使信噪比（SNR）提升15倍以上，特别适用于深组织成像。

材料设计的挑战与突破

当前探针材料需兼顾长余辉寿命（>1h）、高量子产率（>20%）及大斯托克斯位移（>200nm）。镧系掺杂纳米颗粒（如NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺）虽能实现多色发射，但存在余辉强度衰减快的缺陷。最新研究的有机-无机杂化材料通过引入分子阱能级，将余辉寿命延长至6小时，但组织穿透深度仍受近红外-II区（NIR-II）发射效率限制。

时间分辨成像的新维度

通过采集微秒级时间门控信号，可解析不同深度组织的余辉衰减动力学差异。肿瘤微环境的酸性（pH 6.5-7.0）会加速某些探针的余辉衰减速率（k_decay），该特性已用于区分肿瘤边界与正常组织，空间分辨率达50μm。

未来发展的关键路径

下一代探针需突破NIR-II区（1000-1700nm）发射瓶颈，开发可激活型（Activatable）智能探针。通过整合人工智能算法，有望实现余辉信号的多参数解析，为术中导航和疗效评估提供更强大的工具。

结论与展望

比率型余辉发光技术通过内源性校准机制和时空分辨能力，正在重塑定量生物成像的范式。随着材料化学和光学工程的协同创新，该技术有望在精准医疗领域实现从实验室到临床的跨越式发展。