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纳米材料在生物医学领域的创新应用案例随着纳米科技的不断发展，纳米材料在生物医学领域的创新应用呈现出巨大的潜力。
纳米材料的特殊性质使其具有广泛的应用前景，可以改良药物传递系统、提高医学诊断的精确性、改善组织工程的效果，并为生物医学研究提供了新的工具和技术。
以下将介绍一些纳米材料在生物医学领域的创新应用案例。
第一个案例是纳米材料在药物传递系统中的应用。
纳米粒子具有大比表面积和高表面能量的特点，可以增加药物与肿瘤细胞的接触面积，并提高药物在靶细胞中的富集度。
纳米粒子还可以通过表面功能化来实现靶向传递，即将药物载体与靶细胞特异性结合的配体进行修饰，使药物更加精确地送达到肿瘤细胞。
例如，一种名为纳米粒的纳米载体可以通过改变其表面修饰物的种类和密度，实现对多种肿瘤靶标的高效靶向传递。
这种方法能够提高药物的疗效，减少不必要的副作用，并有望成为未来肿瘤治疗的重要手段。
第二个案例是纳米材料在医学诊断中的应用。
纳米材料的独特光学性质和磁学性质使其成为理想的医学成像剂。
例如，将纳米金球修饰成表面可调节的纳米粒子，可以实现多模态成像，结合超声、CT、MRI等多种成像技术，提高医学诊断的准确性和定量性。
此外，纳米颗粒还可以作为荧光探针应用于细胞和组织的成像，通过荧光信号的变化来监测生物过程，并提供对疾病的早期诊断和治疗的依据。
第三个案例是纳米材料在组织工程中的应用。
组织工程是一种将生物材料、细胞和生物因子前体结合起来以重建组织功能的技术。
纳米材料可以作为组织工程支架的组成部分，提供细胞生长和分化所需的刺激和支持。
例如，纳米纤维支架能够模拟自然细胞外基质的结构和功能，提供细胞黏附和增殖的支持，促进组织再生和修复。
另外，纳米材料也可以通过递送生物因子和基因来改善组织工程的效果。
这些生物因子可以调控细胞的增殖、分化和分泌功能，从而实现组织的再生和修复。
纳米材料在生物医学领域的创新应用并不局限于以上案例，还有许多其他领域的创新应用。
纳米材料在生物医学中的应用纳米材料在生物医学中的应用已经成为一个热门的研究领域。
纳米材料，指的是尺寸在纳米级别的物质，具有独特的物理、化学和生物学性质，使其成为一种理想的生物医学材料。
本文将介绍纳米材料在生物医学中的应用，并着重介绍纳米材料在药物传输、生物成像和组织工程方面的应用。
其次，纳米材料在生物成像方面有着重要的应用。
纳米材料具有良好的光学、磁性和荧光性质，可以被用于生物体内的成像。
纳米粒子可以作为造影剂，被用于生物体内的X射线、磁共振成像和荧光成像，可以帮助医生观察和诊断疾病。
此外，纳米材料还可以用于纳米探针的构建，通过修饰特定的配体，可以实现对特定分子或细胞的高度选择性成像。
例如，通过修饰肿瘤靶向配体，纳米探针可以在体内准确地识别和成像肿瘤细胞，实现肿瘤的早期诊断和治疗监测。
最后，纳米材料在组织工程方面也有着广泛的应用。
组织工程是一种通过支架材料促进和修复组织和器官的发育和生长的技术。
纳米材料的独特性质使其成为理想的支架材料。
纳米纤维具有和体内组织类似的纤维结构，可以模拟生物体内的纤维组织，用于皮肤、骨骼和血管等组织的修复和再生。
纳米材料还可以用于构建人工器官和组织工程的输送系统，通过结合生物活性因子和药物，可以实现对组织的促进和修复。
总之，纳米材料在生物医学中的应用具有巨大的潜力。
通过合理设计和应用纳米材料，可以实现药物的靶向输送、生物体内的高度选择性成像和组织工程的修复和再生。
然而，纳米材料在生物医学中的应用还面临一些挑战，例如生物相容性、毒性效应和规模化生产等问题，需要进一步的研究和改进。
随着技术的不断进步和理解的深入，相信纳米材料将会在生物医学领域的应用中发挥重要的作用。
纳米材料在生物医学中的应用一、纳米材料简介纳米材料是一种尺度在 1-100 纳米（1nm=10^-9m）之间的材料。
随着纳米技术的不断发展，纳米材料的种类也越来越多，包括碳纳米管、纳米金属、纳米氧化物、纳米化合物等。
纳米材料具有独特的物理和化学特性，在生物医学领域有着广阔的应用前景。
二、纳米材料在生物医学中的应用1. 纳米药物纳米药物是指纳米材料作为载体，将药物包裹其中，以此实现针对性输送和控制释放。
这种药物具有高效、低剂量、较少毒副作用等优点。
例如，近年来研究的纳米抗癌药物在治疗肺癌、乳腺癌等疾病中显示出显著的疗效，成为靶向治疗的重要手段。
2. 纳米生物传感器纳米生物传感器是指将纳米材料与生物体相互作用，通过监测生物体内的物质浓度、生物物质分子等信息，实现对生物体状态的检测、分析和诊断。
例如，纳米粒子的表面修饰可实现对病毒、细菌等病原体的高灵敏性检测，从而提高疾病早期诊断的准确性。
3. 纳米材料的组织工程和再生医学纳米材料在组织工程和再生医学中应用广泛。
例如，纳米材料可以通过与生物体组织细胞相互作用，促进细胞生长和分化。
这种作用可应用于骨折愈合、心脏组织修复等方面。
同时，纳米材料还可以用于人工关节、血管、器官等的研究和制造，应用效果显著。
4. 纳米光学成像纳米光学成像是一种通过光学手段对微观物质进行成像的技术。
纳米材料在这方面的应用虽然有限，但正在逐渐发展。
例如，纳米金颗粒的表面修饰可实现在体内的光学成像，用于疾病诊断和研究。
三、纳米材料在生物医学中的优势与传统医疗技术相比，纳米技术具有以下优势：1. 高效性：纳米药物能够精准靶向病变部位，达到更高的药效和更少的伤害。
2. 安全性：在合理使用下，纳米材料的毒副作用很小，对人体安全。
3. 可控性：纳米药物的性质可以通过合理设计进行调控，达到更好的治疗效果。
4. 生物相容性：多数纳米材料具有很好的生物相容性，不会被生物体的免疫系统排斥。
四、纳米材料在生物医学中的挑战虽然纳米技术在生物医学领域有着广阔的应用前景，但其面临以下挑战：1. 在生物体内的稳定性问题；纳米药物在体内易受生物环境的影响，失去原有的性质和效果。
纳米材料在生物医学中的应用纳米技术的发展和应用引起了全球的关注，纳米材料作为其中的重要组成部分，正逐渐在生物医学领域中发挥着重要作用。
本文将从诊断、治疗和药物传递等方面探讨纳米材料在生物医学中的应用。
一、纳米材料在诊断中的应用纳米技术的突破性应用之一就是在诊断领域。
通过合理设计制备的纳米材料在影像学、生物传感和生物标志物检测等方面具有独特的优势。
例如，利用纳米粒子作为造影剂，可以提高医学影像的对比度和分辨率，从而更准确地诊断疾病。
此外，纳米材料还可以作为生物传感器，通过检测特定生物标志物的变化来诊断疾病。
这些纳米生物传感器具有灵敏度高、响应速度快等特点，为疾病的早期诊断提供了新的途径。
二、纳米材料在治疗中的应用纳米材料在治疗中的应用是纳米医学领域的核心内容之一。
通过调控纳米材料的形状、大小和表面性质等参数，可以实现药物的定向传递和控释。
例如，纳米粒子可以通过改变其表面的功能化修饰实现药物的选择性靶向输送，从而减少药物对正常组织的毒副作用，并提高疗效。
另外，纳米材料还可以作为光热转换剂、磁疗剂等，在外部刺激下实现肿瘤的精确治疗。
这些创新的治疗方法为传统的癌症治疗带来了新的突破。
三、纳米材料在药物传递中的应用纳米材料在药物传递中的应用是近年来备受关注的研究热点。
由于纳米材料具有较大的比表面积和特殊的物理化学性质，可以包裹和载药，并实现药物的控释。
通过包裹药物的纳米材料可以提高药物的溶解度，改善生物利用度，减少药物代谢和清除的速度，从而延长药物的作用时间。
此外，纳米材料还可以通过改变其表面性质和靶向修饰来提高药物的靶向性，减少药物在体内的非特异性分布，提高治疗效果。
综上所述，纳米材料作为一种新型材料，具有在生物医学中广泛应用的潜力。
通过合理设计和优化纳米材料的制备方法和表面修饰，可以使其在诊断、治疗和药物传递等方面展现出优异的性能。
但是同时也需要注意纳米材料对人体的安全性和生物相容性的评估，确保纳米材料在生物医学中的应用能够真正造福于人类健康。
纳米材料在医学成像与治疗中的应用研究随着科技的不断进步和发展，纳米材料作为一种具有独特性质的材料，逐渐成为医学领域中的研究热点。
纳米材料在医学成像和治疗中的应用已经取得了显著的进展，并显示出巨大的潜力。
本文将重点探讨纳米材料在医学成像和治疗中的应用研究。
一、纳米材料在医学成像中的应用研究医学成像是一项重要的临床技术，在疾病诊断和治疗中发挥着关键的作用。
纳米材料具有较小的尺寸和特定的物理化学性质，使其在医学成像中具有独特的优势。
1. 磁共振成像（MRI）中的纳米材料应用纳米材料在MRI中具有良好的应用前景。
通过将纳米材料作为MRI对比剂，可以提高图像的对比度和分辨率。
例如，纳米粒子作为MRI对比剂，可以在磁场中产生明显的信号，从而更好地显示被检测物体的形态和结构。
2. 荧光成像中的纳米材料应用纳米材料的荧光性能使其在荧光成像中具有广泛的应用潜力。
例如，通过将纳米材料与荧光染料结合，可以实现对细胞和组织的高灵敏度、高特异性的检测和成像。
3. CT扫描中的纳米材料应用纳米材料在CT扫描中的应用主要体现在增强剂方面。
纳米材料具有较高的X射线吸收能力，可以提供更明显的对比效果，从而改善CT图像的质量。
二、纳米材料在医学治疗中的应用研究除了在医学成像方面的应用，纳米材料在医学治疗中也发挥着重要的作用。
利用纳米材料的特殊性质，可以实现精确的靶向治疗和药物释放，提高治疗效果并减少副作用。
1. 纳米药物传输系统纳米材料可以作为药物传输平台，将药物通过纳米颗粒的载体实现靶向输送。
这种系统可以提高药物传输的效率，使药物更好地作用于靶位，从而减少对正常组织的损伤。
2. 纳米材料在光热治疗中的应用纳米材料在光热治疗中被广泛应用。
通过将纳米材料注入患者体内，利用纳米材料对光的敏感性，在外界光的刺激下，产生局部升温效应，从而破坏肿瘤组织并实现治疗效果。
3. 纳米材料在基因治疗中的应用纳米材料可以作为长链RNA或DNA的载体，用于基因治疗。
纳米材料在医学领域中的应用研究一、引言纳米科学和纳米技术的兴起带来了医学领域的革命性变化。
纳米材料的独特性能和特殊结构使其成为医学领域的研究热点。
本文将探讨纳米材料在医学领域中的应用研究，包括纳米材料在药物传递、生物成像和组织工程等方面的潜在应用。
二、纳米材料在药物传递中的应用研究药物传递是治疗疾病的关键步骤之一，纳米材料作为药物载体在药物传递中发挥着重要作用。
纳米药物载体具有较大的比表面积和可调控的物理化学性质，可以提高药物的溶解度和稳定性，延长药物的血浆半衰期，从而提高药物的疗效。
纳米材料还可以通过调控粒子的尺寸、表面修饰以及药物的释放速率，实现药物的有效传递和靶向输送，减少对非靶向组织的影响，提高治疗的效果和安全性。
三、纳米材料在生物成像中的应用研究生物成像技术在临床诊断和治疗中起着至关重要的作用。
纳米材料具有可调控的光学、磁学和声学性质，可以用于实现高分辨率、多模态和定量的生物成像。
纳米材料可以通过荧光探针、量子点和亲磁性标记等方法，在细胞水平和体内实现对生物组织、器官和细胞的高灵敏度、高选择性的成像和定位，为疾病的早期诊断和治疗提供了重要的参考。
四、纳米材料在组织工程中的应用研究组织工程是利用生物材料、细胞和生物反应器构建人工器官、组织和细胞的技术。
纳米材料具有与生物细胞相似的尺度和结构，可以通过调控纳米材料的表面性质和多孔结构来模拟和促进生物组织的修复和再生。
纳米材料可以用于制备生物材料的支架，提供细胞黏附和增殖的支持，促进组织的再生和修复。
此外，纳米材料还可以用作生物活性物质的载体，控制和调控活性物质的释放和组织的再生过程。
五、纳米材料在癌症治疗中的应用研究癌症是医学领域中一大难题，常规治疗方法存在局限性。
纳米材料在癌症治疗中的应用研究成为当前的研究热点。
纳米材料可以用作药物载体，实现靶向输送和缓释，提高药物的疗效和减少副作用。
纳米材料还可以通过光热疗法、化学治疗和基因治疗等方式对肿瘤进行治疗。
纳米材料在生物医药方面的应用近年来，纳米技术的迅猛发展在各个领域都取得了巨大的成果，其中生物医药领域是一个受益非常大的行业。
纳米材料在生物医药领域的应用范围非常广泛，涵盖了诊断、治疗、基因工程等方面。
接下来，我们将深入探讨纳米材料在生物医药领域的应用情况。
一、纳米材料在医学诊断中的应用在医学诊断方面，纳米材料具有高灵敏度、高特异性和高稳定性等特点，可以广泛应用于诊断和监测疾病。
其中较为常见的纳米材料有荧光纳米颗粒、金纳米棒、磁性纳米粒子等。
通过修饰这些纳米材料的表面，可以使其与生物体内的分子特异结合，从而实现对分子的高灵敏度和高特异性检测。
比如荧光纳米颗粒，具有高的荧光量子产率、高的光稳定性和生物相容性等特点，可以应用于细胞成像、药物传输等方面。
金纳米棒也是一种常见的纳米诊断材料，利用其表面等离子体共振效应，可以实现对分子的高灵敏度检测。
另外，磁性纳米粒子可以通过外加磁场实现对生物体内细胞或器官的定位和追踪，可以用于肿瘤早期诊断和监测。
二、纳米材料在治疗方面的应用纳米材料在治疗方面的应用主要包括纳米药物和纳米治疗器械。
纳米药物是指将药物与纳米材料进行结合，可以提高药物的生物利用度、降低药物的副作用，并实现靶向治疗。
目前已经有很多针对肿瘤治疗的纳米药物在临床应用中取得了良好的疗效。
另外，纳米治疗器械也是一种新型的治疗手段，可以通过针对性的设计和制备，实现对细胞、组织和器官的准确治疗。
比如磁性纳米球可以在外加磁场的作用下实现对癌细胞的靶向杀灭，而纳米针可以直接穿透细胞膜，将药物直接注入细胞内，从而提高治疗效果。
三、纳米材料在基因工程领域的应用在基因工程领域，纳米材料也有着广泛的应用。
通过利用纳米材料的高比表面积和表面修饰等特征，可以实现对DNA、RNA等核酸分子的特异性修饰和载体化，从而实现基因工程和基因治疗。
比如，纳米颗粒可以被用作基因递送载体，将基因加工成纳米颗粒，再由纳米颗粒将基因转移到目标细胞。
纳米材料在生物医学中的应用随着微观世界的探索，纳米材料的研究和应用正逐渐展现出巨大的潜力。
在生物医学领域，纳米材料的应用已经引起了广泛关注。
本文将讨论纳米材料在生物医学中的应用，并探讨其对医学研究和临床实践的潜在影响。
一、纳米材料在药物传输中的应用纳米材料可以作为载体，将药物精确地传递到病变部位，提高治疗效果并减少副作用。
通过调控纳米材料的形状、大小和表面性质，可以实现药物的控释，延长药物在体内的作用时间。
此外，纳米材料还可以通过改变药物在体内的吸收和分布，提高药物的生物利用度。
二、纳米材料在癌症治疗中的应用纳米材料在癌症治疗中具有广泛的应用前景。
纳米材料可以通过靶向性药物传递系统，将抗癌药物精确地送达到肿瘤组织，减少对正常组织的损伤。
此外，纳米材料还可以用于癌症的早期诊断和影像学检测，提高癌症的可靠性和准确性。
三、纳米材料在组织工程中的应用纳米材料对于组织工程的发展具有重要的作用。
纳米材料可以提供支撑和引导细胞生长的支架结构，促进组织修复和再生。
纳米材料还可以通过调控细胞外基质的形态和组成，模拟自然组织的微观环境，有助于组织工程的成功。
四、纳米材料在生物传感器中的应用纳米材料在生物传感器领域的应用对于生物医学的进一步发展具有重要的意义。
纳米材料可以用于构建高灵敏度和高选择性的传感器，实现对生物分子的快速检测。
纳米材料还可以增强传感器的稳定性和持久性，提高监测的准确性和可靠性。
五、纳米材料在神经医学中的应用纳米材料在神经医学领域的应用正在成为研究热点。
纳米材料可以用于神经修复和再生，通过提供支持和刺激，促进神经元的再生成和重连。
此外，纳米材料也可以用于神经科学研究中的成像和荧光标记，帮助研究人员更好地理解神经系统的功能和疾病机制。
总结：纳米材料在生物医学中的应用极具潜力，可以提升药物传输效果、改善癌症治疗、促进组织工程发展、构建高灵敏度传感器以及推动神经医学研究。
然而，纳米材料在生物医学中的应用还面临一些挑战，如生物相容性、毒性等问题，需要进一步的研究和探索。
纳米材料在生物医学领域中的应用前景随着科技的不断发展，各个行业都在不断寻求新的突破和创新。
纳米材料因其独特的物理、化学和生物学特性，在生物医学领域中得到了广泛的关注和应用。
本文将主要探讨纳米材料在生物医学领域中的应用前景。
一、纳米材料在医学领域中的优势纳米材料是一种尺寸小于100纳米的物质，其尺寸可以和有机生物体系非常相似。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，在生物医学领域中的应用具有众多的优势，包括：1、分子水平的控制：由于纳米材料大小处于分子尺寸级别，因此可以对生物分子进行精确的控制和调节。
2、大表面积与高活性：纳米材料的表面积非常大，相较于其体积而言，表面活性更高，使得其在生物材料的选择性吸附、生命分子信号转导等方面表现优异。
3、可溶性和可靶向性：纳米材料可以很好地与生物分子体系相互作用，实现溶解性良好且具有特异性靶向作用。
4、良好的药物承载性：纳米材料普遍具有良好的药物承载能力，可以有效地改善药物的生物利用度和疗效。
5、便于监测：纳米材料在近红外/红外区域的荧光特性较好，因此可以非侵入性地监测药物的释放和治疗效果。
二、纳米材料在诊断领域中的应用纳米材料在医学领域中的应用可以分为治疗和诊断两大类，首先来探讨纳米材料在诊断领域中的应用。
纳米材料广泛应用于荧光成像、MRI、CT扫描等医学影像学领域的诊断，可具有如下优势：1、高灵敏度：纳米材料具有良好的光、磁、声响应功能，可在低浓度下检测到微小的变化。
2、高精度：纳米材料可以通过量子点、超顺磁性、超顺电性等方式实现对靶分子、靶细胞的高精度诊断。
3、高特异性：纳米材料依靠其特殊表面性质和表面功能化处理得以实现细胞、组织、器官甚至全身水平的特异性分析。
三、纳米材料在治疗领域中的应用纳米材料在治疗领域中也有广泛的应用，其应用的主要方式包括药物承载、光动力疗法、光热疗法、磁热疗法等。
下面简要介绍一下纳米材料在这些治疗领域中的应用：1、药物承载：纳米材料作为药物的载体具有良好的生物兼容性和药物释放性能，可用于靶向性高、药物释放控制良好的多种治疗方法，如热、光疗法等。
上转换纳米材料在生物医学中的应用与研究进展摘要: (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章高对比成像 (1)1.1 高对比度成像的应用 (1)1.2 体内外毒性评价 (3)第2章细胞成像 (5)第3章整体发光成像 (6)3.1. 被动成像 (6)3.2. 主动靶向 (7)3.3. 深层组织成像 (8)第4章光学层析成像 (10)第5章多模态成像 (12)5.1. 上转换材料在磁共振成像（MRI）中的应用 (12)5.2. 上转换材料在X射线计算机断层扫描（CT）中的应用 (13)5.3. 上转换材料在正电子发射断层扫描（PET）中的应用 (14)5.4. 上转换材料在多重成像中的应用 (15)结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)上转换纳米材料在生物医学的应用与研究进展摘要:上转换纳米材料在生物医学中具有良好的应用前景，跟传统的荧光材料比较，具有荧光背景低，穿透能力强，对生物组织伤害度低等优点，是目前生物医学领域研究的重要材料之一。
除此之外，上转换材料还具备良好的光化学性能，使用时间较长，并且有良好的生物兼容性等特点，能够推动检测及治疗技术的研究与发展。
本文主要对于上转换纳米材料在生物医学上的应用进行详细研究与调查，探索上转换纳米材料在各种应用上所面临的问题，进而提出建设性的意见。
主要针对目前上转换纳米材料在肿瘤治疗中的应用现状及研究进展进行综合评述及阐述，对上转换纳米材料各种用于肿瘤治疗的方法及各自的优缺点进行了阐述分析，为其进一步研究和应用奠定基础。
关键词:生物医学上转换纳米材料荧光材料肿瘤治疗研究进展Upconversion Nanoparticles: Design, Nanochemistry, andApplications in TheranosticsAbstract：Upconversion nanomaterials based on rare earth show a good application prospect in cancer therapy. Compared with traditional fluorescent materials, upconversion nanomaterials have many advantages, such as the near infrared laser excited, almost no fluorescent background, remarkable deeper tissue penetration and low biological tissue damage, which lead to a hot research material in biomedical now. Meanwhile, upconversion materials, due to the good photochemical properties, long service life, good biological compatibility and other advantages, promote the development of detection and treatment technology. This work focuses on the application of upconversion nanomaterials in biomedical, and the study of upconversion nanomaterials in the application still have problems, which put forward some advices on current opinion. Application and research of upconversion nanomaterials in the treatment of tumor development are reviewed. In this paper, the advantages and disadvantages of the methods for the treatment of tumor were analyzed, which provided a new potential idea for further research and clinical application.Keywords: theranostics; upconversion nanoparticles; fluorescent materials; cancer therapy; applications in theranostics第1章高对比成像1.1 高对比度成像的应用将成像和治疗联合起来使用于未来个性化药物是生物医学以及现代医疗保健面临的挑战之一[1]。
生物医学试剂在诊断中的作用是显示疾病的位置、状态以及对特殊治疗的反应，而试剂诊断作用可能如以下方式呈现[2]：（i）首先是图像引导手术切除肿瘤和术后评价。
病变区的外科手术可视化对于准确手术是重要的，因为肿瘤的位置可能会在术前影像与手术切除过程中改变[3]。
此外，术后评估，确保完全去除病区是重要的。
（ii）其次是传送或释放治疗物到预定的位置。
光活化释放-治疗如光动力疗法（PDT）[5]能够破坏肿瘤，或吸收光子的能量转化为热量如光热治疗（PTT）能破坏细胞结构及缩小肿瘤体积。
（iii）最后是细胞或代谢途径的破坏。
引进的医学试剂的化学物质能够与细胞表面的特殊受体结合，因此扰乱细胞代谢规律达到治疗效果[6]。
生物医学能够通过提高技术的多样性如采用综合影像或改进治疗方案提高治疗效果。
在开发新的生物医学试剂中诊断功能与分子成像相结合起着重要的作用[7]。
PL成像是生化和分子生物学中的一种重要技术手段，它在医疗诊断、生物检测、DNA测序和基因组学的变革中占主导地位[8]，可以被用来研究大范围生物标本,从细胞到体外组织样品,并在生物体上活体成像，涵盖范围广泛，从亚微米大小的病毒和细菌到宏观生物物[9]。
因此，PL成像是一种强大的非侵入性工具，可看见亚细胞级组织形态的细节。
然而，传统的荧光显像剂光学性质和治疗功能较差已经严重阻碍了他们用在生物医学领域的应用。
荧光成像通常采用外源性的试剂，其中包括有机染料[10]，有机改性的二氧化硅[11]，荧光蛋白[12]，金属配合物和半导体量子点[13]。
大多数这些传统的试剂是利用斯托克斯位移发射，激发光在紫外线（UV）或蓝绿色可见光谱范围内。
这些传统的PL成像剂在这样的光谱范围内有一些限制：（i）低背景信号（SBR）造成的干扰荧光和生物组织散射的强光（如毛皮、皮肤和组织）；（ii）UV低穿透能力和可见光激发或生物组织的散发光；（iii）由于长期暴露于短波，尤其是紫外激发而导致潜在DNA损伤和细胞死亡。
此外，基于重金属的量子点的生物成像，由于它们含有有毒元素（如镉、汞、铅），导致材料本身高毒性。
众所周知，生物组织在近红外（NIR）700−1100 nm范围具有光学透明窗[9]。
近红外激发光使得光穿透能力更强并减少光的利用率，而且自发荧光低，减少光散射和光毒性[14]。
具有双光子激发或二次谐波的试剂，利用长波长的光，最近应用于细胞和小动物成像，来克服传统试剂的缺点[15]。
但是，因为它们涉及低效的非线性光学过程，他们需要昂贵的超短脉冲激光器（如飞秒激光）激发。
图1.1 UCNPs高对比度成像领域应用示意图对于生物成像来说，型成像试剂[16]。
UCNPs利用连续的多光子吸收,将寿命长和阶梯状的三价镧系离子的嵌入到能产生高能量的反斯托克斯发光能源中[17]。
它将两个或两个以上的低能量激发光子（一般为近红外光），转换成短波长的发射光（如近红外，可见光和UV）。
该过程不同于有机染料和量子点的非线性多光子吸收，这涉及到虚拟状态同时吸收的两个或更多光子的过程，一个UC过程的效率一般比非线性多光子吸收高几个数量级，从而使UC过程由低成本的连续波（CW）产生的脉冲非线性多光子激发激光代替超短激光二极管。
UCNPs上有多个属性，使它们适合于成像、诊疗和治疗，其独特的变频能力通常是无法适用于现有的内源性和外源性荧光基团，从而为医学诊断和治疗提供许多与众不同的特点。
就生物成像而言，上转换材料具有独特的优点，如提高信噪比使得自发荧光背景几乎为零，大的反斯托克斯很容易通过激发波长来区分PL，发射光谱窄使得多重成像容易、高耐漂白使其适合长期不断成像。
此外，它们都不闪烁，没有散射光，并且由于在近红外区域激发，光学透明窗内允许组织深层渗透。
生物医学UCNPs的一个新的方向就是利用分层构建纳米结构的UC发光成像与其他的成像方式结合用于体外和体内诊断，如磁共振成像（MRI）[18]，计算机断层扫描（CT）[19]、单光子发射断层（SPECT）[20]、正电子发射断层扫描（PET）[21]以及PTT[22]，PDT疗法[23]，基因和药物输送。
实际上，使用纳米化学在近期诊断上有显着的进步，可控纳米技术的光学性能可提高特定波长转换[14]，相位转移的表面改性[16]和靶生物标记的配体的表面偶联化学[17]。
荧光成像在生物医学研究中的具有重要作用，对早期检测，筛选，和影像指导治疗危及生命的疾病非常有帮助[9]。
然而，由于在紫外光或可见光范围激发的传统斯托克斯偏移的荧光团（有机荧光，荧光蛋白和金属配合物）或量子点成像是不理想，限制了光的穿透能力和容易引起影像背景（强荧光和散射光）[10]。
虽然活性NIR非线性材料（双光子染料、量子点、纳米金棒和二次谐波纳米颗粒）能够克服生物成像的局限性，非线性过程的低效率和昂贵脉冲激励源的高密度激发严重限制了其应用。
近红外范围（750−1100 nm）内的生物组织光透明窗”具有穿透能力强，荧光低和散射光少的优点，所以，近红外窗口的高效成像对比，激发和发射是理想的生物成像。
UCNPs已成为有前景的新型生物成像纳米材料。
图1.1说明了高对比度成像在各领域的应用概况。
1.2 体内外毒性评价UCNPs的毒性检测手段已相当成熟，包含体外细胞毒活性与体内长期毒性检测[4,9,25]。
MTT（四甲基偶氮唑），MTS，和CCK-8线粒体代谢活性检测结果用来评估多种细胞毒性，如人胰腺癌PANC-1细胞、人鼻咽癌细胞（KB细胞），胶质瘤U87MG细胞和人乳腺癌细胞MCF-7（图1.2a-c)[26]。
细胞在UCNPs中培养24小时后，细胞的存活率在高剂量条件下可高达90%，由此证明UCNPs细胞毒性低。
