第七章　纳米材料在多模式分子影像中的应用

第一节　导 言

近年来，纳米科技的发展对现代生物医学的进步产生了巨大的影响，尤其在分子影像学领域，利用纳米材料的微小尺寸以及独特的光学、电学和磁学等特性，结合现代医学影像技术和手段，能够在细胞、亚细胞和分子水平检测生物和疾病发生过程。特别是在活体状态下对一些疾病的产生、发展有重要作用的分子标志物及其传导途径进行成像，对其生物学行为进行定性和定量的研究，可以早期诊断疾病、提供疾病发展重要信息和直接评价治疗效果。基于纳米材料的分子影像技术融合了分子生物化学、纳米技术、数据和图像处理等技术，能够通过图像直接显示细胞或分子水平的生理和病理过程，因而具有高特异性、高敏感性和高分辨率，是最具有发展潜力的医学科学前沿领域之一。

现代医学影像技术、高特异性分子探针或高分辨率造影剂、疾病分子标靶是分子影像学研究的三个关键因素。目前常用的分子影像学技术包括：光学成像（optical imaging，OI）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、正电子发射计算机断层成像（positron emission tomography，PET）、单光子发射计算机断层成像（single-photon emission computed tomography，SPECT）、X 射线计算机断层扫描（X-ray computed tomography，CT）及超声成像（ultrasound imaging）等。最近拉曼光谱成像（Raman imaging）和光声成像（photoacoustic imaging，PAI）也显示出巨大的发展潜力。当然，不同的影像模式均有各自的利弊，而且单一的影像模式常常不能够给出足够的信息来解释相应的生理和病理过程。表7-1列举了常用的分子影像技术，包括相应的优点和局限性。例如，MRI作为常用的分子影像学研究的手段之一，具有优异的软组织对比度和高空间分辨率（像素为10～100μm），可以同时获得解剖以及生理和分子信息等诸多优势。同样，CT也能够无创地给出生物体（特别是骨骼和肺部）的解剖信息。然而MRI和CT都缺乏足够的敏感性来检测在细胞和分子水平下的生理和病理变化。相反，核医学影像技术（例如PET，SPECT）可以利用合适的有足够的敏感性的放射性分子探针来探测疾病的分子标志物并对其进行定性和定量的研究。对于光学影像技术，荧光和生物发光成像同样能够快速、高灵敏地在体内定位特定的分子靶点。但是，核医学影像技术和光学影像技术都不能给出足够的解剖学信息，图像分辨率也明显低于MRI和CT。因而，有必要通过整合不同的成像模式，即所谓的多模式成像来优势互补。例如，PET能够极为敏感和准确地探测到体内细胞新陈代谢和功能的异常，而CT和MRI能给出解剖学信息，尤其是MRI在反映解剖形态和生理功能方面有着显著的优越性。将这两种技术在同步采集系统中结合起来可以同时显示病变部位的解剖位置和结构，以及在细胞和分子水平上功能和代谢等方面的全方位信息，对于疾病的诊断和治疗具有十分重要的价值。在临床应用中，PET/CT或PET/MR双模式成像在对肿瘤的诊断分期和疗效评价中取得了明显的成功。同样，可以通过引入放射性光学影像探针，把光学成像模式引入到PET成像中来实现光学和PET双模成像。而光学和超声双模成像能相对便宜地得到实时并且高空间解析度的分子影像，且不用引入电离辐射。其他双模式分子影像以及多模式分子影像，例如CT/MRI，CT/OI，MRI/OI，PET/MR/OI等，也已经成功地应用在对疾病的检测和评估中。这种多模式影像不仅可以提高临床诊治疾病的水平，使得对疾病的诊断更加具有合理性，而且有望在分子水平上及早发现疾病，从而真正达到早期诊断（表7-1）。

分子影像探针的构建是分子影像学研究的关键环节。传统的影像探针通常由三部分组成：影像标记或成像造影剂、载体或连接体和靶向分子。影像标记或成像造影剂可以是放射性元素、荧光分子、金属螯合物、碘等简单元素或分子，也可以是微泡、全氟化碳液滴、脂质体、以及多种纳米或微米级的颗粒。他们能够作为成像造影剂用于相应的影像模式成像，从而有效提高成像分辨率和敏感性。分子影像探针的靶向性可以通过与生物分子偶联来实现。选择合适的疾病相关标志物或靶点对于实现靶向成像是非常重要的。靶向分子包括抗体、多肽、核酸、小分子等。在理想情况下，靶向分子能够特异性地识别疾病细胞或病变组织。在传统分子影像探针中，载体或连接体起到运载或连接成像造影剂和靶向分子作用，在有些情况下，载体同时也是成像造影剂。为了得到理想的图像同时避免相互的干扰，各个组成部分需要合理地协同地组合在一起。

最近纳米材料技术上的进展对分子探针的研制起到了巨大的影响。虽然传统的成像造影剂（例如有机染料、放射性同位素）已经广泛地应用在研究和临床应用中，纳米材料作为成像造影剂在分子影像技术中正发挥着越来越重要的作用。对比传统的成像造影剂，纳米粒子具有可控的微小尺寸及其形状、优良的生物相容性和高效的运载率等诸多优势，特别是当粒子尺寸只有1/10或1/100nm时，由于相当大的比表面积和量子局限效应，它们展现出独特的磁学和光学性能。对比大多数生物功能基团例如酶、抗体或受体等，纳米材料具有相应的尺寸大小，因而能够在分子水平上作用于生物体系。而且，纳米粒子通常拥有相当一致的尺寸和形状，进而表现出近乎一致的物理和化学性质，特别适用于表征生物体内分布、生理代谢等多种过程。因此，将纳米粒子与靶向分子探针相结合所构建的纳米影像探针，结合现代分子影像模式可以构建多功能化纳米影像探针，从而使高分辨率、高敏感性、无创的分子影像技术成为可能，也进一步推动疾病早期诊断、个体化治疗的进步与变革。

适用于分子影像的纳米粒子包括有机纳米粒子（例如脂质体、胶束和高分子囊泡等）和无机纳米粒子（例如金属或金属氧化物粒子、碳纳米管和量子点等）。美国国立医学图书馆对当前应用的分子影像造影剂进行收录并建立了分子影像造影剂数据库（molecular imaging and contrast agent database，MICAD）。可以检索到的1 119个相应的数据，其中有112个造影剂是纳米影像探针。因为多数易制备的有机纳米粒子并不具备相应的物理和化学性能，所以大多数有机纳米粒子仅用作载体来包裹或封装功能化的组成部分，例如有机染料、螯合化合物和无机纳米粒子等。虽然有些功能化的聚合物纳米粒子显示出可调的荧光光学性能，但它们很难制备而且不易在体内降解。近年来随着纳米粒子制备工艺的完善，有许多性能优良的无机纳米粒子造影剂出现，多数已经商业化并处在前期临床评估的阶段，有些还被批准在临床上使用。经典的例子是1996年美国食品药品监督管理局（FDA）批准的用于肝造影剂的超顺磁氧化铁纳米粒子（菲立磁，Feridex），它们作为MRI造影剂已经广泛地应用在实验和临床的研究中。金纳米粒子（例如金纳米棒、金纳米壳和金纳米笼等）也受到广泛的关注，由于其独特的表面等离子体共振效应，它们能作为造影剂用于光学、拉曼光谱和光声成像。另一个经典的例子是半导体量子点，他们在可见光和近红外范围内展现出明亮而且狭窄的发射光谱，而且具有极好的光稳定性，使得光学复合成像成为可能。总之，无机纳米粒子作为多种分子影像模式的影像探针受到越来越多的关注，在一些影像模式中逐渐取代传统的影像探针，特别是那些同时适用于多种成像模式的纳米成像探针的构建成为分子影像学的趋势。当然，纳米影像探针也有自身的缺点，他们的构建还面临许多技术上的挑战。无机纳米造影剂或纳米探针在实际应用中存在成像模式单一、潜在的毒性、体内代谢慢和体内长期积累等问题。

能够多模式成像的纳米成像探针的构建正成为分子影像的重要研究方向。为达到优势互补的目的，多个成像造影剂需要协同地组合在一起。例如，金属或金属氧化物纳米粒子可以和放射性金属螯合物相结合，分别用于PET/CT或PET/MR双模成像，既可以对其进行解剖学定位又可以分析肿瘤的性质。同样，放射性元素修饰的量子点可以把光学成像模式引入到PET成像中来实现光学和PET双模成像。表面修饰着放射性元素的碳纳米管也成功地实现了高灵敏的拉曼和PET双模成像。表面修饰近红外荧光分子Cy5.5的超顺磁氧化铁纳米粒子可以实现MRI和近红外双模成像。超小的超顺磁铁铂纳米粒子可以透过血脑屏障进入脑组织用于MRI/CT双模式成像。氧化铁与金的核壳型纳米粒子不但可以用于MRI与光声双模成像，还可以对肿瘤进行热疗。其他类似的核壳型纳米粒子例如金包被的量子点等也在多模式成像上显示出巨大的潜力。总之，将多种影像造影剂两两组合或者三三组合在一起能够得到一种新型的纳米粒子，从而实现双模式甚至多模式的成像。我们将在下面的章节中详细地介绍多种纳米造影剂在多模式成像中的应用。

通过与生物靶向分子偶联，可以有效地增强纳米造影剂的靶向性。目前，纳米造影剂的靶向成像主要有两种方式：非特异性靶向和特异性靶向。前者依赖于纳米粒子在肿瘤组织中增强的通透和保留性效应（enhanced peameability and retention effect）。静脉注射后的纳米粒子容易透过渗漏的毛细血管进入肿瘤组织并保留在里面。通过非特异性靶向来增强纳米造影剂靶向性的效率比较低，而且易受到纳米粒子相关物理和功能参数直接或间接地影响。利用抗体、细胞膜表面受体或特定基因片段的专一作用，在纳米粒子表面连接疾病相关标志物分子，与目标细胞表面的抗原或受体发生特异性结合，可以有效地实现纳米造影剂的靶向性。特异性靶向分子可以是单抗或多抗，如人表皮生长因子受体（human epidermal growth factor receptor 2，Her2）特异性抗体、黑色素瘤α促黑素受体（α-MSH）抗体和前列腺癌特异性膜蛋白（prostate-specific membrane antigen，PSMA）特异性抗体，也可以是与靶向受体结合的底物、蛋白序列，例如叶酸和环化RGD多肽等。以新生肿瘤血管为靶标的纳米影像探针的研究是近年来的热点之一。近期研究表明多种肿瘤组织内细胞高表达整合素α_vβ₃，可促进肿瘤新生血管的形成。多种纳米造影剂与整合素识别肽相连接，可以更好地与肿瘤组织表达的整合素结合，从而有利于肿瘤新生血管的成像。

第二节　基于纳米颗粒的分子影像

一、磁共振成像与纳米成像造影剂

MRI是目前最强大的全身无创诊断技术之一，能够通过测量水的质子（或其他奇数核，例如³H、¹³C、¹⁹F、¹⁷O、²³Na、³¹P、¹²⁹Xe）在生物体内的弛豫过程，来给出相应的三维断层扫描图像。MRI的信号强度与水在不同组织或器官中的磁弛豫率有直接关系。在外界强的静态磁场中［B₀，临床常用1～3特斯拉（tesla，T），而7T或更高的磁场目前在实验室中常用于小动物显像］，核自旋平行于或反平行于磁场方向（低能级或高能级态）。绝大多数的质子核倾向处于低能级态，而且高能级质子核的数目分布是与磁场强度成正比的。即使在1T的磁场中，也仅有6/100万的质子处于反平行方向。与质子自旋共振的电磁射频脉冲被用来改变质子自旋的方向。那些翻转的质子自旋倾向于回到初始状态，这种弛豫过程卷入两个过程：纵向弛豫（T₁恢复，自旋-晶格）和横向弛豫（T₂衰减，自旋-自旋）。前者伴随着能量从激发态到周围晶格的衰减；后者卷入由于自旋-自旋相互作用引起的在X-Y平面上相干相位的丢失。水中的质子在不同组织或器官有不同的弛豫时间，从而产生内源性的MRI对比度。引入合适的外源性造影剂可以增加弛豫、缩短T₁和T₂弛豫时间，从而增强图像的对比度。增强磁信号，缩短T₁导致更明亮的图像；相反T₂减少成像信号强度。造影剂的效率可以用弛豫率（R_x，X = 1或2）定量衡量：R_x = 1/T_x（s^-1），或归一化弛豫率：r_x = R_x/浓度（mmol^-1·L·s^-1）。弛豫率越高相对应于更快的弛豫时间，从而得到对比度更高的图像。

MRI影像主要涉及四种物质：①抗磁性物质，没有未成对的电子，施加外加磁场后会产生一种与B₀方向相反的磁场；②顺磁性物质，核外具有不成对的电子，在外加磁场B₀存在时产生磁化，产生的磁场与B₀方向相同，并且当外加磁场除去后则去磁化。如钆的螯合物（Gd-DTPA）、脱氧血红蛋白、正铁血红蛋白等；③超顺磁性物质，磁化率较顺磁性物质强100～1 000倍。如含铁血黄素，四氧化三铁纳米粒子等；④铁磁性物质，即使去除外磁场也有明显的剩磁。如铁（Fe）、钴（Go）、镍（Ni）等。目前临床上大量使用的是一种钆（Gd）与二乙烯三胺五乙酸（DTPA）的螯合物（Gd-DTPA），主要是缩短T₁从而增加T₁加权的影像对比度，属于阳性造影剂。但这些小分子的造影剂有许多缺点，例如：无特异性、快速的肾清除、潜在的机体毒性和低敏感性。目前，通过与有机高分子聚合物（例如脂质体、胶束等）相结合形成功能化的有机纳米粒子，能够有效地改善T₁加权的MRI影像，已成功地应用在前期临床研究中。虽然其他无机磁性纳米粒子也能用作T₁影像造影剂，但效果通常没有钆修饰的有机纳米粒子好。目前最具有代表性的T₂影像造影剂是氧化铁纳米粒子。这些磁性纳米粒子的存在强烈地改变其周围的磁场微环境，导致周围质子相干相位的快速丢失，从而增加T₂加权的影像对比度，属于阴性造影剂。我们将在下面详细介绍多种用于MRI影像的无机磁性纳米粒子。

氧化铁纳米粒子包括磁铁矿型（Fe₃O₄）和赤铁矿型（γ-Fe₂O₃）纳米粒子，已经被广泛地研究、销售并作为MRI造影剂应用在前期临床甚至在临床研究中。前者具有由氧原子形成面心立方结构与由铁原子占据四面体和八面体间隙组成的立方反尖晶石结构。在正常条件下，磁铁矿会逐渐氧化成赤铁矿。但在生物医学应用中磁铁矿型和赤铁矿型纳米粒子并不相互区分，通常被称为氧化铁。在多种氧化铁粒子中，超顺磁氧化铁粒子（superparamagnetic iron oxide nanoparticles，SPIOs）已经成功地应用于生物医学，因为它们之间没有强的磁相互作用，能够稳定地分散在生理条件下。作为T₂影像造影剂，SPIOs能在正常的MRI磁场强度下达到磁饱和，能稳定地建立一个局部扰动的偶极磁场，从而剧烈地缩短周围质子的弛豫时间。目前这类造影剂已有一些实现了商业化，如Feridex（菲立磁）、Resovist和Combidex等，主要由多个氧化铁核和外包的葡聚糖壳组成，大小在50～160nm之间。这些作用于T₂的阴性造影剂具有一定的组织特异性。因为在人体血液中，直径大于30nm的粒子主要经单核吞噬细胞系统（mononuclear phagocytic system，MPS）所清除，所以静脉注射后的SPIOs能被巨噬细胞吞噬而分布在相应的组织或器官中，如肝、脾和淋巴结等。利用这种SPIOs的特性可以有效地区分肝细胞癌和转移癌，因为肝细胞癌组织中不含巨噬细胞，而周围正常肝组织含有库普弗细胞（Kupffer cell），在摄取了SPIOs后T₂影像信号降低，而肿瘤组织则呈现相对高信号，这时SPIOs相当于“阳性”的造影剂。在临床上可以运用该类造影剂来区分肝癌和局灶结节样增生及肝腺瘤。然而，此种纳米造影剂的快速肝和脾清除严重减少它们在体内的循环时间，降低其靶向特异性。

改变颗粒的大小可以有效躲过单核吞噬细胞系统的清除或者增加在血液里的循环或滞留时间。但是，随着纳米粒子变小，其磁化强度相应减少，从而降低MRI对比度（图7-1）。一种粒径小于30nm的超微超顺磁氧化铁颗粒（ultrasmall superparamagenetic iron oxide，USPIO）近来被用作特异性造影剂，因为它们在血液循环滞留时间较长，不易被单核吞噬细胞系统清除。USPIO不但显现出T₂效应而且也可以用于T₁成像。利用在动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞对USPIO不同的吞噬能力，通过高分辨MRI可以区分出硬斑块与软斑块。最近超微的Fe₃O₄纳米粒子（水合半径小于10nm）也成功地用于肿瘤特异成像（图7-2）。4.5nm的氧化铁核与整合素识别肽c（RGDyK）通过一步Mannich反应偶合在一起，能够很好地结合肿瘤组织表达的整合素α_vβ₃，从而用于肿瘤新生血管的成像。由于相当小的粒子尺寸，超微的Fe₃O₄纳米粒子在到达目标靶点前能够逃避单核吞噬细胞系统的清除。但由于粒子变小，其弛豫能力相应变差。

在外界磁场中，纳米粒子的磁化强度取决于粒子的大小、形状、组成和晶体各向异性。近来，合成的金属合金磁纳米粒子如FeCo和FePt，跟传统的铁磁材料相比有更高的磁角动量。由于相当小的表面效应，纳米粒子表现出超高的磁化强度和r1/r2弛豫率。Dai和其合作者合成了用碳层稳定的FeCo纳米粒子，这种纳米粒子已成功地应用于动物体内血管造影。同时，用于肿瘤分子影像和检测的磁纳米粒子的靶向性和敏感性也已经被进一步评价。锰掺杂的尖晶石型铁磁矿纳米粒子具有相当高的磁化强度，当与人表皮生长因子受体Her2特异性抗体耦合后，可以用作特异性的造影剂来标记Her2受体过表达的肿瘤。

二、基于纳米粒子的CT成像

由于其独特的属性，例如高分辨率和高组织穿透性，X射线CT是一种在临床上最常用的影像技术。身体不同组织和器官例如骨骼、脂肪或空腔对于X射线有明显不同的吸收，从而导致高对比度的解剖结构影像。但其软组织对比度比较差，为了检测到肿瘤或与疾病相关的异常组织，需要引入一定量的影像造影剂。当前临床上使用的造影剂主要是碘基或钆基分子。它们的主要问题是非特异性和快速的体内排出。对比这些传统的造影剂，纳米CT影像造影剂具有优异的影像对比度和相应的靶向特异性。金纳米粒子近来已经用于CT成像，对比度效果比碘高近3倍。然而，需要引入大剂量金纳米粒子才能得到肿瘤和相应软组织的高对比度影像，因此有必要发展不同的纳米造影剂。近来Weissleder和合作者报道一种聚合物包被的硫化铋（Bi₂S₃）作为CT造影剂，它们对X射线的吸收是碘的五倍而且具有相当长的体内循环时间并可用于血管、肝和淋巴结的造影。但它们的组织毒性不容忽略，妨碍了它们在临床上的应用。最近，氧化钽作为CT成像造影剂也成功地应用于淋巴结造影，而且它们的组织毒性也相当低。

三、基于纳米粒子的核素成像

核素分子影像的主要优点是高敏感性、高准确性、可重复的定量性和高组织穿透性。当前的核素分子影像方法包括PET和SPECT。通常，PET利用发射正电子的放射性同位素（例如¹¹C、¹⁸F、⁶⁴Cu、^94mTc、¹²⁴I等）标记的生物活性物质作为显影剂，可在不影响环境平衡的生理条件下，研究和诊断人体内早期的病理生理和代谢异常疾病。PET采用正电子直接进行检测，大大提高了探测敏感性，使疾病的早期定位、定性、定量、定期诊断成为可能。SPECT是利用发射γ射线的放射性同位素进行成像的影像技术。类似于传统的核素平面成像，SPECT技术采用伽马相机在不同角度获得二维的投影图，通过计算机重建获得三维的图形。因为SPECT技术使用旋转的γ相机和准直仪，部分γ光子被忽略掉，SPECT的成像敏感性明显低于PET。SPECT的空间分辨率通常也低于PET，因为PET能给出更局部的信息。用于SPECT的发射γ射线的放射性同位素通常比较便宜，例如^99mTc、¹¹¹In、^123/131I等。

放射性同位素已经被引入到多种纳米粒子上，包括量子点、金纳米粒子和碳纳米管等。用纳米粒子作为PET成像探针可以实现多功能和多模式成像，并可以由此得到相应纳米探针的组织分布和药代动力学。Dai和合作者为了调查单壁碳纳米管（single-well carbon nanotubes，SWNTs）在体内的分布和肿瘤靶向性，在单壁碳纳米管的表面修饰上聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）、环状RGD多肽和铜⁶⁴Cu的螯合物。均匀一致的碳纳米管长100nm、直径有1～3nm。修饰PEG的双亲性脂质分子可以通过与碳纳米管之间的疏水作用在其表面形成自组装分子层，可以提高其的生物相容性和稳定性，使其躲过单核吞噬细胞系统的吞噬，延长其体内循环时间，使碳纳米管有足够的时间到达病变部位并成像。

放射性核素通过与螯合剂形成稳定的复合物来标记纳米粒子。然而在纳米粒子表面的放射性螯合物不可避免的改变其物理化学属性、体内分布和药代动力学。而且，核素有可能从螯合物上离解下来，从而无法反映纳米粒子在体内的真实行为。因此，有必要发展一个不涉及螯合物的策略来反映体内结果。近来人们广泛地筛选了多种不溶的放射性核素纳米盐，发现羟基磷灰石（hydroxyapatite）和氢氧化铝纳米粒子与¹⁸F在生理条件下形成稳定物质。虽然¹⁸F标记的羟基磷灰石在血液循环中显现出高的稳定性，然而一旦它们被肝捕获而积累在肝中，逐渐的降解是不能被忽视的，最终导致¹⁸F在骨骼中积累。相反，¹⁸F标记氢氧化铝纳米粒子在当它们被肝或脾清除时却相当稳定。另一个例子是⁶⁴Cu标记的硫化铜（CuS）。Li和合作者通过沉淀法直接把⁶⁴Cu整合到CuS的晶体结构，形成10nm、单分散的⁶⁴Cu标记的CuS纳米粒子。由于EPR效应，它们显示出相当高的肿瘤摄取率（图7-3）。

虽然SPECT的成像分辨率和敏感性不如PET，但通过用不同的放射性核素可以得到多元复合成像（multplexing imaging）。虽然涉及纳米粒子的SPECT多元复合成像并不常见，但在原理上是可行的。基于不同的衰减时间、能量和化学性质，不同的放射线核素可以用来标记纳米粒子来适用于不同的应用。例如，为了研究一个星期的药代动力学、肿瘤摄取和治疗效果，¹¹¹In标记的嵌合L6（ChL6）单克隆抗体被连接到氧化铁纳米粒子上用来监视纳米粒子的肿瘤摄取，以及在经过交变磁场诱导的热疗处理后，评价肿瘤的坏死状况。

四、基于纳米粒子的光学成像

最快和最便宜的分子影像技术之一是光学成像。近年来，通过构建具有生物相容性的近红外纳米粒子以及改进和发展现有的光学成像技术，发展基于纳米粒子探针的光学成像新方法，以实现高灵敏、稳定和快速的分子影像，从而有力地促进了光学分子影像模式在癌症诊断上的应用。由于低廉的价格、高敏感性和多功能化，荧光和生物发光成像技术越来越受到特别的关注。对于荧光光学成像，近红外（near infrared，NIR）纳米粒子探针的构建是实现体内影像的关键。在近红外区域（700～900nm），信号有最大的组织穿透性，而且没有自发荧光的干扰。生物发光成像是指利用生物发光反应来检测在细胞和分子水平上功能和代谢等方面的信息。因为没有背景信号干扰，生物发光成像的敏感性要高于荧光光学成像。然而，生物发光成像的潜在应用仅局限在前期临床，主要是因为生物发光的组织穿透性比较低，而且常常涉及复杂的转基因技术。其他光学成像或与光学相关的成像手段例如拉曼成像和光声成像正成为分子影像学的重要研究方向，是因为它们优异的组织穿透性和高的空间分辨率。但由于涉及不同的物理原理，我们将在不同的章节中分别讨论它们。

根据激发机制，NIR荧光纳米粒子可分为两类：降转换荧光纳米粒子（downconversion fluorescent NPs，DCNs）和升转换荧光纳米粒子（upconversion fluorescent NPs，UCNs）。传统的荧光纳米粒子，如荧光染料标记的纳米粒子、量子点、单壁碳纳米管和金纳米簇等，主要属于降转换荧光纳米粒子。简单地说，当这类纳米粒子被相应波长的光激发，能发射出更长波长的光波。但它们易遭受自发荧光、光解和光漂白的影响。相反，升转换荧光纳米粒子可以把低能量的光装换成高能量的荧光。

1.近红外荧光探针

荧光染料标记的纳米粒子广泛地应用于生物医学领域。有机或金属有机染料可以通过共价键、离子键、疏水相互作用连接到或整合进无机纳米载体颗粒中。纳米载体颗粒通常对激发光和发射光是透明的，例如硅纳米粒子和磷酸钙纳米粒子。对比单独的NIR荧光分子，荧光染料标记的纳米粒子对于分子影像显示出明显的优点：首先，荧光分子在纳米载体上的高负载率有效地增加成像敏感性；其次，化学惰性的载体能保护荧光分子，增加其光稳定性和生物相容性；最后，纳米载体为进一步的功能化、靶向化提供一个平台。

对于光学影像，研究最广泛的纳米粒子是量子点（quantum dot，QD）。它们是纳米级的无机荧光半导体晶体，具有优越、独特的光物理性能，例如高量子产率、宽广的激发光谱、狭窄并对称的发射光谱、基于尺寸大小的光学发光和卓越的光稳定性。近年来，为了进一步减少自发荧光并增强组织穿透性，研究者研制了近红外发光的QD，包括镉基、非镉基的QD，它们能够克服荧光染料标记的纳米粒子的缺点，满足当前生物体内成像的需要。考虑到某些NIR QD潜在的急性或慢性毒性和不稳定性，有必要用低毒性的ZnS或ZnSe对其进行包被，形成核壳型QD，例如CdTe/ZnS、InAs_xP_1-x/InP/AsSe等，这样可以保护NIR QD防止光氧化反应而且改善量子产率。在NIR QD中的镉金属可以被其他低毒元素取代，例如CuInS₂/ZnS核壳型QD，得到的NIR QD显示了很好的生物相容性。Gao和合作者首先在小动物模型上验证了QD-抗体偶联体的肿瘤靶向性。Cheng和合作者也报道了与抗Her2多肽靶向分子偶联的非镉NIR QD（InAs/InP/ZnSe，核/壳/壳型）的肿瘤靶向性。它们对Her2阳性表达的肿瘤具有良好的靶向特异性。与其他多数荧光探针一样，需要外界光源来激发QD来产生荧光信号。这同样限制了NIR QD在生物体内成像上的应用。为此，Cheng和合作者发展了一个新的策略：他们通过利用切连科夫辐射作为内置光源来激发不同大小的QD，不但可以实现探针的自发光，也可以用于体内多元复合成像。

2.升转换荧光纳米探针

升转换荧光纳米粒子的基本结构是两个三价的镧系离子（如Tm³⁺、Er³⁺、Yb³⁺）作为掺杂剂嵌在纳米载体中，一个用于吸收（Yb³⁺），另一个用于发射（Er³⁺）。宿主纳米载体包括无机荧光晶体例如氟化物（如LaF₃，YF₃，NaYF₄），氧化物（Y₂O₃）和磷酸盐（LaPO₄）。像QD一样，升转换荧光纳米粒子拥有很强的荧光强度而且在生理条件下表现出相当的稳定性。因为他们的吸收和发射光在近红外区，几乎没有自发荧光干扰，他们有能力对较深的组织进行成像。

3.体内拉曼光谱和成像

拉曼光谱学基于拉曼散射光谱，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析可以得到晶格及分子的振动、转动方面信息。拉曼散射是一非弹性散射，入射光与分子振动或系统声子发生相互作用，导致非弹性散射光的能量增加或减少，而由这些能量的变化可知相应的振动模式或声子模式。然而，自发的拉曼散射非常弱，有时荧光完全覆盖拉曼散射条带。多种拉曼光谱分析技术现在得到了进一步的发展，表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）光谱用来增强敏感性，而拉曼显微仪（Raman microscopy）可以改善空间的分辨率，共振拉曼光谱则用来取得特殊的分析信息。不仅因为其多元复合成像的能力而且因为极高的特异性和敏感性，SERS光谱正成为最有前景的分子影像技术之一。它的敏感性甚至远远高于光学成像。

已发现能产生SERS效应的金属包括金、银等少数金属纳米粒子，它们能使被测定物的拉曼散射产生极大的增强效应，其增强因子可达10¹⁴～10¹⁵，这使得在纳米粒子表面的单分子检测和鉴定成为可能。这种SERS纳米粒子通常是由三部分组成：金属核，嵌入的报告分子和外包的硅层或聚合物层。有两种机制用来解释SERS效应：电磁增强和化学增强。前者是指金属表面等离子共振振荡产生被增强的局部电场。后者涉及在报告分子和金属核之间的一个新的电子转移能级，即分子在金属上的吸附常伴随着电荷的转移引起分子能级的变化。SERS纳米粒子能够给出非常详细的光谱信息而且其信号在红外区远远高于QD，这将非常适合多元复合成像和生物体内成像。Nie和合作者用SERS纳米粒子在光谱检测和肿瘤靶向成像方面做出了先驱性的工作。他们用聚乙二醇包被的金纳米粒子，同时嵌入拉曼报告分子（例如 crystal violet、Nile blue、cresyl violet、DTTC）。这种PEG包被的SERS纳米粒子在生理条件下显示了优异的生物相容性和稳定性，而且能够在红外区给出远远高于QD的信号。与肿瘤靶向分子［如单链可变区片段（single-chain variable fragment，ScFv）抗体］偶联，得到的SERS纳米粒子对过表达表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）的肿瘤具有显著的靶向性。

SERS纳米粒子用在拉曼分子成像上可以达到皮摩尔数量级上的敏感性，而且可以实现多元复合成像。Gambhir和合作者用SERS纳米粒子在活体内实现了多元复合成像。在活老鼠皮下注入的十个不同的SERS纳米粒子可以在光谱上清晰地分辨。此外，五个最具特色的SERS纳米粒子通过静脉注射在肝中能被无创拉曼成像成功地鉴定和区分出来。通过在其表面修饰上抗EGFR的亲和体（affibody），SERS纳米粒子可以用于EGFR阳性肿瘤的靶向成像。单壁碳纳米管近来也被用于拉曼分子成像。与RGD偶联的单壁碳纳米管已经成功地实现肿瘤新生血管的特异性拉曼成像。

4.光声成像

光声成像（photoacoustic imaging，PAI）是一种新兴的分子成像技术，并已吸引了大量的研究兴趣。和许多其他成像方式相比，PAI具有独特的优势，有很大的可能进入临床研究应用。作为一个非电离辐射，非侵入性和高敏感性的分子成像技术，PAI结合光学和声学成像的优势，既保持成像的高灵敏性又克服传统光学成像技术的深度限制。基本上，光能量被吸收和部分转化为热能，造成瞬态热弹性扩张从而发射超声波，然后由超声波传感器检测到而形成图像。PAI克服了成像深度的限制，能探测到深处可达5cm的小病灶。此外，PAI通过内源性或外源性成像造影剂提供高成像对比度，能够实现实时成像。血红蛋白或黑色素等内源性对比分子已被用于热灼伤的探测、肿瘤新生血管形成的监测、血氧映射、脑功能成像和皮肤黑色素瘤检测。然而，大多数疾病如癌症并没有合适的内源性PA造影剂分子，因此有必要研制新的外源性造影剂，从而在低浓度也能得到足够的PA信号。

纳米技术领域的最新进展大大促进了光声造影剂的开发和设计。光声信号的变化幅度和反差依赖于许多因素，如光吸收，光-声转换效率和目标介质的传热效率。多种光吸收粒子，如金基的纳米结构、碳纳米管，已经成功地用作PAI造影剂。虽然碳纳米管作为PAI造影剂具有一定的前景，但由于它的近红外吸收系数低，导致其成像敏感性相对较低。此外，其毒性仍令人担忧。而金的纳米棒，纳米笼和纳米壳等一系列金纳米结构表现出卓越的光学性能、生物相容性和安全性，因此它们被广泛地应用在光学成像和PAI领域。这些粒子在可见光和近红外区域有很强的消光峰，是因为局部的表面等离子体共振。这种消光峰由两部分组成，散射峰和吸收峰，可以通过控制改变粒子的尺寸大小、形状和其他纳米结构物理维度来有效地控制相应的散射和吸收峰的大小和波长。那些吸收明显大于散射的金纳米粒子将适用于PA成像。例如，带有电介质核的金纳米壳显示出很强的光学共振但其光吸收比较微弱，因此它们不是的理想PAI造影剂。金纳米棒和纳米笼是非球面对称的结构，可以通过改变其长宽比使其在近红外区的光吸收截面达到最大，从而更适合于PA成像。金纳米棒和纳米笼虽然是好的PAI造影剂，但他们普遍有比较大的粒径（～50nm），它们在生物体内的应用因而受到限制。Gamhbir和合作者最近报道，环状RGD多肽修饰的单壁碳纳米管可以作为PA成像造影剂来标识α_Vβ₃整合素，从而对肿瘤新生血管靶向成像。然而，它们在活体中的最低检出浓度相对较高（50nmol/L）。因此，同一研究组对单壁碳纳米管探针表面进行修饰从而提高了其成像敏感性。近红外染料（吲哚菁绿，indocyanine green，ICG）通过π-π堆积作用连接在单壁碳纳米管上，从而得到染料标记的单壁碳纳米管。即使在皮摩尔浓度下，染料增强的单壁碳纳米管也能给出可接受的PAI信号。这些修饰的纳米探针给出的PAI信号比相同浓度的未修饰的单壁碳纳米管高出300倍（图7-4）。

第三节　挑战与展望

得益于生物纳米技术在过去几十年里的迅速进步，基于纳米粒子的分子探针以及相应的诊断技术得到相当的发展。构建理想的纳米探针是分子影像学发展的关键要素之一。具有肿瘤靶向性的纳米探针的构建与其潜在的临床应用极大地促进了分子影像和个体化医学的研究。其中最有代表性的例子是氧化铁纳米粒子，它们作为成像造影剂已成功地应用于临床MRI。最近开发的特异性和敏感性的近红外荧光纳米影像探针表现出对肿瘤靶向成像的巨大潜力。由于纳米粒子组成、功能和形态的多样性，多种分子成像模式（如PET/MR、MRI/光学、MRI/PAI等）有可能有机地结合起来并且能够做到优势互补。结合超灵敏的、高空间解析度的“最先进的”分子影像技术，多种多模式、多功能纳米影像探针成功地在前期临床或临床上应用于肿瘤的靶向成像，准确检测肿瘤位置和解剖结构，能为肿瘤组织切除提供手术指导。

为了实现基于纳米粒子的分子影像的临床转化，许多问题（包括生物相容性、药代动力学、靶向效率，和纳米粒子的急性或慢性毒性）仍然有待解决。由于巨大的挑战，迄今只有几个纳米探针有很大的前景投入到临床上使用。因此，有必要对现有的纳米造影剂进行改进，在保留其成像特性的基础上，对其表面进行修饰和功能化，实现多模式和靶向成像。同时，发展新的纳米造影剂，以提高成像的敏感性、分辨率和特异性。

（成 凯　程 震）

参考文献

[1] Rudin M，Weissleder R. Molecular imaging in drug discovery and development. Nat Rev Drug Discov，2003，2（2）：123-131.

[2] Ferrari M. Cancer nanotechnology：Opportunities and challenges. Nat Rev Cancer，2005，5（3）：161-171.

[3] Weissleder R. Molecular Imaging in Cancer. Science，2006，312（5777）：1168-1171.

[4] Weissleder R. Scaling down imaging：Molecular mapping of cancer in mice. Nat Rev Cancer，2002，2（1）：11-18.

[5] Gambhir SS. Molecualr imaging of cancer：from molecules to humans. Introduction. J Nucl Med，2008，49（Suppl 2）：1S-4S.

[6] Willmann JK，van Bruggen N，Dinkelborg LM，et al.Molecular imaging in drug development. Nat Rev Drug Discov，2008，7（7）：591-607.

[7] Cai WB，Chen XY. Nanoplatforms for targeted molecular imaging in living subjects. Small，2007，3（11）：1840-1854.

[8] Cho EC，Glaus C，Chen JY，et al. Inorganic nanoparticle-based contrast agents for molecular imaging. Trends in Molecular Medicine，2010，16（12）：561-573.

[9] Heesakkers RAM，Hovels AM，Jager GJ，et al. MRI with a lymph-node-specific contrast agent as an alternative to CT scan and lymph-node dissection in patients with prostate cancer：a prospective multicohort study.Lancet Oncol，2008，9（9）：850-856.

[10] Huh YM，Jun YW，Song HT，et al. In vivo magnetic resonance detection of cancer by using multifunctional magnetic nanocrystals. J Am Chem Soc，2005，127（35）：12387-12391.

[11] von Maltzahn G，Park JH，Agrawal A，et al. Computationally Guided Photothermal Tumor Therapy Using Long-Circulating Gold Nanorod Antennas. Cancer Res，2009，69（9）：3892-3900.

[12] Gao XH，Cui YY，Levenson RM，et al. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots. Nat Biotechnol，2004，22（8）：969-976.

[13] Kim C，Cho EC，Chen J，et al. In Vivo Molecular Photoacoustic Tomography of Melanomas Targeted by Bioconjugated Gold Nanocages. ACS Nano，2010，4（8）：4559-4564.

[14] Qian XM，Peng XH，Ansari DO，et al. In vivo tumor targeting and spectroscopic detection with surface-enhanced Raman nanoparticle tags. Nat Biotechnol，2008，26（1）：83-90.

[15] Aime S，Castelli DD，Crich SG，et al. Pushing the Sensitivity Envelope of Lanthanide-Based Magnetic Resonance Imaging（MRI）Contrast Agents for Molecular Imaging Applications. Accounts Chem Res，2009，42（7）：822-831.

[16] Jun YW，Jang JT，Cheon J. Magnetic nanoparticle assisted molecular MR imaging. Adv Exp Med Biol，2007，620：85-106.

[17] Frey NA，Peng S，Cheng K，et al. Magnetic nanoparticles：synthesis，functionalization，and applications in bioimaging and magnetic energy storage. Chem Soc Rev，2009，38（9）：2532-2542.

[18] Na HB，Song IC，Hyeon T. Inorganic Nanoparticles for MRI Contrast Agents. Adv Mater，2009，21（21）：2133-2148.

[19] Jun YW，Lee JH，Cheon J. Chemical design of nanoparticle probes for high-performance magnetic resonance imaging. Angew Chem Int Edit，2008，47（28）：5122-5135.

[20] Cheon J，Lee JH. Synergistically Integrated Nanoparticles as Multimodal Probes for Nanobiotechnology.Accounts Chem Res，2008，41（12）：1630-1640.

[21] Jun YW，Huh YM，Choi JS，et al. Nanoscale size effect of magnetic nanocrystals and their utilization for cancer diagnosis via magnetic resonance imaging. J Am Chem Soc，2005，127（16）：5732-5733.

[22] Yuan F，Dellian M，Fukumura D，et al. Vascular Permeability in a Human Tumor Xenograft：Molecular Size Dependence and Cutoff Size. Cancer Res，1995，55（17）：3752-3756.

[23] Morishige K，Kacher DF，Libby P，et al. High-Resolution Magnetic Resonance Imaging Enhanced With Superparamagnetic Nanoparticles Measures Macrophage Burden in Atherosclerosis. Circulation，2010，122（17）：1707-1715.

[24] Xie J，Chen K，Lee HY，et al. Ultrasmall c（RGDyK）-coated Fe3O4 nanoparticles and their specific targeting to integrin alpha（v）beta（3）-rich tumor cells. J Am Chem Soc，2008，130（24）：7542-7543.

[25] Lee JH，Huh YM，Jun Y，et al. Artificially engineered magnetic nanoparticles for ultra-sensitive molecular imaging. Nat Med，2007，13（1）：95-99.

[26] Seo WS，Lee JH，Sun XM，et al. FeCo/graphitic-shell nanocrystals as advanced magnetic-resonance-imaging and near-infrared agents. Nat Mater，2006，5（12）：971-976.

[27] Popovtzer R，Agrawal A，Kotov NA，et al. Targeted Gold Nanoparticles Enable Molecular CT Imaging of Cancer. Nano Letters，2008，8（12）：4593-4596.

[28] Rabin O，Manuel Perez J，Grimm J，et al. An X-ray computed tomography imaging agent based on longcirculating bismuth sulphide nanoparticles. Nat Mater，2006，5（2）：118-122.

[29] Oh MH，Lee N，Kim H，et al. Large-Scale Synthesis of Bioinert Tantalum Oxide Nanoparticles for X-ray Computed Tomography Imaging and Bimodal Image-Guided Sentinel Lymph Node Mapping. J Am Chem Soc，2011，133（14）：5508-5515.

[30] Welch MJ，Hawker CJ，Wooley KL. The Advantages of Nanoparticles for PET. Journal of Nuclear Medicine，2009，50（11）：1743-1746.

[31] Liu Z，Cai WB，He LN，et al. In vivo biodistribution and highly efficient tumour targeting of carbon nanotubes in mice. Nat Nanotechnol，2007，2（1）：47-52.

[32] Schipper ML，Cheng Z，Lee S-W，et al. microPETBased Biodistribution of Quantum Dots in Living Mice.J Nucl Med，2007，48（9）：1511-1518.

[33] Jauregui-Osoro M，Williamson PA，Glaria A，et al.Biocompatible inorganic nanoparticles for ［18F］-fluoride binding with applications in PET imaging. Dalton Trans，2011，40（23）：6226-6137.

[34] Zhou M，Zhang R，Huang MA，et al. A Chelator-Free Multifunctional ［Cu-64］CuS Nanoparticle Platform for Simultaneous Micro-PET/CT Imaging and Photothermal Ablation Therapy. J Am Chem Soc，2010，132（43）：15351-15358.

[35] DeNardo SJ，DeNardo GL，Natarajan A，et al. Thermal dosimetry predictive of efficacy of In-111-ChL6 nanoparticle AMF-induced thermoablative therapy for human breast cancer in mice. Journal of Nuclear Medicine，2007，48（3）：437-444.

[36] He X，Gao J，Gambhir SS，et al. Near-infrared fluorescent nanoprobes for cancer molecular imaging：status and challenges. Trends in Molecular Medicine，2010，16（12）：574-583.

[37] He X，Wang K，Cheng Z. In vivo near-infrared fluorescence imaging of cancer with nanoparticle-based probes.Wiley Interdisciplinary Reviews：Nanomedicine and Nanobiotechnology，2010，2（4）：349-366.

[38] Santra S，Dutta D，Walter GA，et al. Fluorescent nanoparticle probes for cancer imaging. Technol Cancer Res T，2005，4（6）：593-602.

[39] Gao JH，Chen K，Xie RG，et al. Ultrasmall Near-Infrared Non-cadmium Quantum Dots for in vivo Tumor Imaging. Small，2010，6（2）：256-261.

[40] Bhaumik S，Gambhir SS. Optical imaging of Renilla luciferase reporter gene expression in living mice. Proceedings of the National Academy of Sciences，2002，99（1）：377-382.

[41] Michalet X，Pinaud FF，Bentolila LA，et al. Quantum Dots for Live Cells，in Vivo Imaging，and Diagnostics.Science，2005，307（5709）：538-544.

[42] Gao J，Chen K，Miao Z，et al. Affibody-based nanoprobes for HER2-expressing cell and tumor imaging.Biomaterials，2011，32（8）：2141-2148.

[43] Smith BR，Cheng Z，De A，et al. Dynamic Visualization of RGD-Quantum Dot Binding to Tumor Neovasculature and Extravasation in Multiple Living Mouse Models Using Intravital Microscopy. Small，2010，6（20）：2222-2229.

[44] Gao J，Chen K，Xie R，et al. In Vivo Tumor-Targeted Fluorescence Imaging Using Near-Infrared Non-Cadmium Quantum Dots. Bioconjugate Chemistry，2010，21（4）：604-609.

[45] Smith BR，Cheng Z，De A，et al. Real-Time Intravital Imaging of RGD-Quantum Dot Binding to Luminal Endothelium in Mouse Tumor Neovasculature. Nano Letters，2008，8（9）：2599-2606.

[46] Schipper ML，Iyer G，Koh AL，et al. Particle Size，Surface Coating，and PEGylation Influence the Biodistribution of Quantum Dots in Living Mice. Small，2009，5（1）：126-134.

[47] Gao JH，Chen XY，Cheng Z. Near-Infrared Quantum Dots as Optical Probes for Tumor Imaging. Current Topics in Medicinal Chemistry，2010，10（12）：1147-1157.

[48] Liu H，Zhang X，Xing B，et al. Radiation-Luminescence-Excited Quantum Dots for in vivo Multiplexed Optical Imaging. Small，2010，6（10）：1087-1091.

[49] Chatterjee DK，Gnanasammandhan MK，Zhang Y. Small Upconverting Fluorescent Nanoparticles for Biomedical Applications. Small，2010，6（24）：2781-2795.

[50] Qian XM，Nie SM. Single-molecule and single-nanoparticle SERS：from fundamental mechanisms to biomedical applications. Chem Soc Rev，2008，37（5）：912-920.

[51] Zavaleta CL，Smith BR，Walton I，et al. Multiplexed imaging of surface enhanced Raman scattering nanotags in living mice using noninvasive Raman spectroscopy. P Natl Acad Sci USA，2009，106（32）：13511-13516.

[52] Hutter E，Fendler JH. Exploitation of Localized Surface Plasmon Resonance. Adv Mater，2004，16（19）：1685-1706.

[53] Willets KA，Van Duyne RP. Localized Surface Plasmon Resonance Spectroscopy and Sensing. Annual Review of Physical Chemistry，2007，58（1）：267-297.

[54] Fernández-López C，Mateo-Mateo C，Álvarez-Puebla RnA，et al. Highly Controlled Silica Coating of PEGCapped Metal Nanoparticles and Preparation of SERSEncoded Particles. Langmuir，2009，25（24）：13894-13899.

[55] Nie S，Emory SR. Probing Single Molecules and Single Nanoparticles by Surface-Enhanced Raman Scattering.Science，1997，275（5303）：1102-1106.

[56] Le Ru EC，Blackie E，Meyer M，et al. Surface Enhanced Raman Scattering Enhancement Factors：A Comprehensive Study. The Journal of Physical Chemistry C，2007，111（37）：13794-13803.

[57] Blackie EJ，Ru ECL，Etchegoin PG. Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of Nonresonant Molecules. J Am Chem Soc，2009，131（40）：14466-14472.

[58] El-Sayed IH，Huang X，El-Sayed MA. Surface Plasmon Resonance Scattering and Absorption of anti-EGFR Antibody Conjugated Gold Nanoparticles in Cancer Diagnostics：Applications in Oral Cancer. Nano Letters，2005，5（5）：829-834.

[59] Thakor AS，Luong R，Paulmurugan R，et al. The Fate and Toxicity of Raman-Active Silica-Gold Nanoparticles in Mice. Science Translational Medicine，2011，3（79）：79ra33-79ra33.

[60] Jokerst JV，Miao Z，Zavaleta C，et al. Affibody-Functionalized Gold-Silica Nanoparticles for Raman Molecular Imaging of the Epidermal Growth Factor Receptor.Small，2011，7（5）：625-633.

[61] Zavaleta C，de la Zerda A，Liu Z，et al. Noninvasive Raman Spectroscopy in Living Mice for Evaluation of Tumor Targeting with Carbon Nanotubes. Nano Letters，2008，8（9）：2800-2805.

[62] Kim C，Favazza C，Wang LV. In Vivo Photoacoustic Tomography of Chemicals：High-Resolution Functional and Molecular Optical Imaging at New Depths. Chem Rev，2010，110（5）：2756-2782.

[63] Zerda Adl，Liu Z，Bodapati S，et al. Ultrahigh Sensitivity Carbon Nanotube Agents for Photoacoustic Molecular Imaging in Living Mice. Nano Letters，2010，10（6）：2168-2172.

[64] Agarwal A，Huang SW，O’Donnell M，et al. Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging. Journal of Applied Physics，2007，102（6）：064701.

[65] Mallidi S，Larson T，Tam J，et al. Multiwavelength photoacoustic imaging and plasmon resonance coupling of gold nanoparticles for selective detection of cancer.Nano Lett，2009，9（8）：2825-2831.

[66] Song KH，Kim C，Cobley CM，et al. Near-Infrared Gold Nanocages as a New Class of Tracers for Photoacoustic Sentinel Lymph Node Mapping on a Rat Model. Nano Lett，2008，9（1）：183-188.

[67] Galanzha EI，Shashkov EV，Kelly T，et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nat Nanotechnol，2009，4（12）：855-860.

[68] Kim JW，Galanzha EI，Shashkov EV，et al. Golden carbon nanotubes as multimodal photoacoustic and photothermal high-contrast molecular agents. Nat Nanotechnol，2009，4（10）：688-694.

[69] Jin Y，Jia C，Huang SW，et al. Multifunctional nanoparticles as coupled contrast agents. Nat Commun，2010，1（4）：1-8.

[70] Nehl CL，Hafner JH. Shape-dependent plasmon resonances of gold nanoparticles. J Mater Chem，2008，18（21）：2415-2419.

[71] Bouchard LS，Anwar MS，Liu GL，et al. Picomolar sensitivity MRI and photoacoustic imaging of cobalt nanoparticles. P Natl Acad Sci USA，2009，106（11）：4085-4089.

[72] Wustholz KL，Henry AI，McMahon JM，et al. Structure-Activity Relationships in Gold Nanoparticle Dimers and Trimers for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy.J Am Chem Soc，2010，132（31）：10903-10910.

[73] Yang XM，Stein EW，Ashkenazi S，et al. Nanoparticles for photoacoustic imaging. Wires Nanomed Nanobi，2009，1（4）：360-368.

[74] Moon GD，Choi S-W，Cai X，et al. A New Theranostic System Based on Gold Nanocages and Phase-Change Materials with Unique Features for Photoacoustic Imaging and Controlled Release. J Am Chem Soc，2011，133（13）：4762-4765.

[75] Skrabalak SE，Chen JY，Sun YG，et al. Gold Nanocages：Synthesis，Properties，and Applications. Accounts Chem Res，2008，41（12）：1587-1595.

[76] Yavuz MS，Cheng YY，Chen JY，et al. Gold nanocages covered by smart polymers for controlled release with near-infrared light. Nat Mater，2009，8（12）：935-939.

[77] De La Zerda A，Zavaleta C，Keren S，et al. Carbon nanotubes as photoacoustic molecular imaging agents in living mice. Nat Nanotechnol，2008，3（9）：557-562.