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深層組織分子影像學

腫瘤靶向成像：通過抗體/核酸適配體修飾下轉換材料（如 Tm3?摻雜納米顆粒、cyanine 類染料），實現腫瘤標志物（如 HER2、PSMA）的 NIR-II 熒光示蹤。臨床前研究顯示，該技術可檢測直徑 0.5mm 的早期腫瘤結節（CT 分辨率約 5mm），并在術中實時勾畫腫瘤邊界（定位精度±0.2mm），降低殘余病灶風險；

神經活動監測：利用 Ca2?敏感型下轉換探針（如 YC-NIR2），在 980nm 激發下監測神經元鈣信號變化，穿透 5mm 厚小鼠腦皮層，實現海馬區神經元集群放電的無創成像，為癲癇病灶定位及阿爾茨海默病早期突觸丟失評估提供新手段。

藥物遞送系統優化與動力學研究

載藥系統釋放監測：將化療藥物（如 DOX）或基因載體包裹于下轉換材料中，通過 pH / 酶響應型外殼實現靶向釋放。熒光光譜儀實時追蹤樣品熒光強度變化，指導載體材料優化（如 PEG 鏈長、殼層厚度）。

體內分布定量分析：通過器官熒光光譜強度，量化探針在腫瘤、肝臟、腎臟等組織的富集效率，優化靶向配體（如 RGD 多肽）偶聯密度，降低非特異性攝取。

再生醫學與干細胞追蹤

干細胞移植示蹤：利用下轉換熒光標記間充質干細胞（MSCs），在 NIR-II 區監測其體內遷移路徑。實驗顯示，標記細胞在心肌梗死模型中的歸巢效率可通過 1650nm 處熒光強度動態評估，較傳統生物發光法（穿透深度＜0.5cm）提升檢測深度；

組織工程支架評估：通過檢測支架材料（如膠原/羥基磷灰石復合支架）負載的下轉換微球熒光分布，量化細胞黏附與增殖情況，為骨組織修復材料的生物相容性評價提供可視化依據。

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激光器：激光器是關鍵組成部分，具有方向性好、單色性佳、參數可精確控制、相干性強、強度大等特性。這些特性使得激光誘導熒光檢測器的信噪比大大增強，能夠提供高強度的激發光，以確保足夠的分子被激發產生熒光信號，同時其良好的單色性有助于減少雜散光干擾，提高檢測的選擇性和靈敏度。

光譜儀：光譜儀是整個系統的核心部分，用于接收熒光信號并進行光電信號化。

熒光探頭：用于傳輸激光信號只樣品，用于激發樣品熒光信號，再收集樣品發出的熒光信號，并傳輸至光譜儀。

定制采樣附件：用于固定光纖探頭，滿足不同樣品的測量需求。

使用激光誘導熒光光譜儀測試樣品的熒光光譜，需要將熒光探頭的尾端光纖分別與拉曼光譜儀主機的光譜儀接口和激光器接口相連，在再將探頭放入可調節支架上，根據所測光譜數據調節探頭與樣品間的距離，選擇最佳距離固定后測試樣品的熒光光譜，詳細搭建示意圖如下。

圖 2 熒光測量搭建示意圖

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5.1 研究背景

隨著稀土納米材料在生物醫學領域應用的不斷拓展，對稀土納米顆粒的熒光特性進行深入研究具有重要意義。了解稀土納米顆粒的熒光特性對于優化其在生物醫學成像和治療中的應用至關重要。通過調整稀土離子的摻雜含量，可以實現對熒光信號強度的調控，從而提高成像質量和治療效果。使用由提供的 PL980 下轉換熒光光譜儀，探究摻雜不同含量 Tm 的稀土納米顆粒在 1500-2000nm 范圍內的熒光特性。

5.2 實驗樣品及測試場景

圖 3 實驗樣品

圖 4 測試場景圖

5.3 測試方法

采用上海科技有限公司生產的 PL980下轉換熒光光譜儀進行測試。該光譜儀具有 1000-2100nm 的熒光光譜范圍，激發波長為 976±0.5 nm，線寬≤0.08nm，輸出功率 0-500mW 可調。測試過程中，980nm 的激光激發稀土納米顆粒，使其產生熒光發射，通過光譜儀收集和分析熒光光譜數據。

5.4 實驗數據

在實驗中，設置了 500mW 的激發功率、500ms 的積分時間和 20次硬件平均。通過調整焦距，采集了樣品的熒光信號。測試數據顯示，摻雜不同含量Tm的稀土納米顆粒樣品在 1500-2000nm 范圍內均能檢測到發射峰，且隨著 Tm 含量的降低，發射峰強度逐漸降低。

圖 5 摻雜不同含量 Tm 的稀土納米顆粒

熒光光譜圖

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