稀土科技新突破：近红外发光探针照亮生物体内部
稀土科技新突破：近红外发光探针照亮生物体内部
稀土元素因其独特的发光特性，在生物成像、光学传感等领域展现出广阔的应用前景。复旦大学化学系教授张凡团队长期致力于近红外荧光分子探针的开发，通过核壳结构设计和时间维度成像等创新方法，成功提升了稀土近红外探针的发光效率和成像深度，为精准医疗和疾病诊断提供了新的技术手段。
稀土元素的发现始于18世纪末的北欧。1787年，瑞典业余矿物学家阿累尼乌斯在伊特比村发现了一种黑色矿石，并将其命名为伊特比矿。随后，芬兰化学家加多林从这种矿物中发现了“钇土”，并命名为钇。由于稀土元素之间性质相近，直到1947年最后一个稀土元素钷被发现，整个发现过程历时153年。
稀土元素的神奇首先表现在其特殊的发光特性上。早在19世纪末，科学家就观察到稀土元素在紫外光或高能电子轰击下会发出特定颜色的光。20世纪中期，稀土发光材料开始在照明和显示技术中得到应用。进入21世纪，稀土发光材料被广泛应用于新型显示技术、生物成像和传感技术等领域。
20世纪末，科学家开始探索稀土掺杂纳米材料。与可见光相比，近红外光（NIR，700～1700 nm）可以更深入地穿透生物组织，使其非常适合深层次的体内成像。Pr3＋、Nd3＋、Ho3＋、Er3＋、Tm3＋等稀土离子因其发射波长位于1000nm-1700 nm的光谱范围内，是常用的发光中心。
复旦大学张凡团队一直致力于近红外荧光分子探针的开发。张凡教授在赵东元院士团队完成博士学业后，赴美加入加州大学圣巴巴拉分校Galen Stucky教授课题组开展博士后研究。回国后，他一直专注于近红外二区成像领域。
为了提高稀土的发光强度，张凡团队提出了一种单原子层连续生长方法来构筑稀土纳米粒子的核壳结构，通过壳层的层级构建，来提升近红外探针的发光效率和稳定性。此外，他们还提出了基于时间维度的生物成像检测方法，利用稀土纳米离子在近红外第二窗口的荧光寿命检测技术，实现了组织穿透深度达3cm~5 cm的活体原位多重成像。
稀土近红外发光探针就像打开一扇观察生物体内部的窗口，通过稀土纳米材料进行特异性标记后，即可自动定位到某个器官或某处组织，对特定生物组织进行精准检测，可以获取如肠道的蠕动、肿瘤细胞的游走、血管的分布等生物体动态信息。其即时性、高分辨率、无创等优势，为精准手术导航技术领域提供了较好的应用前景，有望成为一种新型的无创肿瘤病理诊断方法。稀土纳米材料与其他治疗手段（如光热疗法，光动力疗法，靶向药物递送）结合，可能会为癌症等重大疾病提供全新的治疗策略。
本文原文来自澎湃新闻