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第一部分背景:在可视化动态监测机体生理及病理过程的光学成像中,得益于深层组织探测能力和高信噪比,近红外二区（NIR-Ⅱ,1000-1700 nm）荧光成像已成为目前研究领域热点。然而,大多数NIR-Ⅱ纳米探针因被肝脏、脾脏等器官的网状内皮系统（RES）捕获并大量滞留,无法正常代谢出机体,导致潜在的生物毒性极大地阻碍了其生物医学应用和转化。我们设计并合成了由β相Na YF4:Nd7%@Na YF4组成的新型稀土掺杂纳米颗粒（RENPs）,进一步通过脂质体修饰构建可代谢的NIR-Ⅱ稀土纳米探针RENPs@Lips。超过90%的RENPs@Lips可在静脉注射后72小时快速代谢出机体,并可在循环系统相关疾病中实现多功能生物医学成像及可视化手术导航。本课题第一部分的目的即构建NIR-Ⅱ稀土纳米探针RENPs@Lips并对其物化特性进行表征及鉴定。方法:在高沸点有机溶剂（1-十八烯和油酸）中采用热分解法合成了β相Na YF4:Nd 7%@Na YF4的纳米粒子RENPs,通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）证实其形貌和β相结晶状态。为了提高纳米粒子的水溶性,我们将1,2-二棕榈酰磷脂酰胆碱、胆固醇和聚乙二醇化脂质混合,合成脂质体后对RENPs表面进行修饰,形成高度水溶性的稀土纳米探针RENPs@Lips。对RENPs@Lips进行相关表征鉴定:透射电镜（TEM）测量粒径大小及分散性,透射电镜X射线能谱分析（TEM-EDS）测试不同元素在纳米探针中的分布,分光光度计中测试吸收光谱,808 nm激光照射下测试发射光谱和量子产率,在磷酸盐缓冲液（PBS）、生物培养基及血浆中通过动态光散射分析（DLS）测试物化稳定性（水合粒径和Zeta电位）,并在808 nm激光照射下测试光稳定性。结果:TEM测得稀土纳米探针RENPs@Lips分散均匀,粒径大小72.2±1.6nm,涂层厚度:4.3±0.8 nm,TEM-EDS分析证明脂质体成功包裹在RENPs表面。在紫外-可见光-近红外光吸收光谱中显示RENPs@Lips有多个吸收峰并在近800 nm处有峰值。在808 nm激光照射下,发射波长在1064 nm和1345 nm处显示出双峰值,Stokes位移分别为264 nm和545 nm。在808 nm激光照射下,将染料IR26在1,2-二氯乙烷中的量子产率为0.5%作为对照,RENPs@Lips在1064nm和1245 nm波长时的量子产率分别为7.9%和4.1%。在PBS溶液中用DLS测量粒径平均为105±5.2 nm,在不同介质（PBS、生物培养基和血浆）中25小时内粒径大小和Zeta电位基本无变化,且在生物培养基和血浆中的Zeta电位均高于PBS溶液。此外,808 nm激光照射下,RENPs@Lips的NIR-Ⅱ荧光发射强度在不同介质中25小时内没有减弱。结论:我们通过脂质体修饰构建的NIR-Ⅱ稀土纳米探针RENPs@Lips量子产率高,在水和血液中均不会聚集,具备优异的光学特性和出色的物化及光稳定性。第二部分目的:体内外评估稀土纳米探针RENPs@Lips的药代动力学及生物安全性。方法:裸鼠经尾静脉注射稀土纳米探针RENPs@Lips（1.0 mg/m L,200μL）,NIR-Ⅱ荧光活体成像实时监控RENPs@Lips在小鼠体内的代谢分布。然后不同时间段处死小鼠并取重要器官及收集排泄物,通过活体、离体NIR-Ⅱ荧光强度测量和电感耦合等离子体-质谱法（ICP-MS）评价其代谢分布,定量分析相应半衰期参数。在胚胎成纤维细胞NIH 3T3和巨噬细胞RAW 264.7中采用MTT方法测定RENPs@Lips的细胞毒性。将不同浓度RENPs@Lips通过尾静脉注射入正常裸鼠体内,长期观察裸鼠的行为表现及体重变化。注射后不同时间段分别处死裸鼠,将重要器官做切片HE染色观察组织破坏受累情况,并收集血液检测相应血液生化指标。结果:NIR-Ⅱ荧光成像实时监控显示稀土纳米探针RENPs@Lips在注射初期,主要聚集在小鼠肝脏、脾脏,16小时后肝脏、脾脏荧光信号开始减弱,在28小时后荧光信号急剧减弱,至72小时后几乎微弱,而肠道及粪便荧光信号在16小时后急剧增强,后随时间减弱至72小时后几乎微弱。通过荧光强度定量分析,在注射72小时后,超过90%的RENPs@Lips从体内代谢,且血液、肝脏、脾脏的半衰期分别为17.96分钟、23.0小时和14.9小时。将不同时间段离体器官和排泄物通过体外NIR-Ⅱ荧光定量及ICP-MS测量,与体内荧光观测器官代谢分布及代谢趋势一致。不同浓度RENPs@Lips对胚胎成纤维细胞NIH 3T3和巨噬细胞RAW 264.7无明显细胞毒性。在1.0 mg/m L和2.0 mg/m L浓度注射后30天的长期观察期内,与正常对照组相比,注射组裸鼠无明显中毒异常表现及体重变化。在注射1.0 mg/m L浓度RENPs@Lips后1天和7天,分别处死老鼠后离体脏器（心、肝、脾、肺、肾）与正常对照组相比,无明显组织破坏或坏死,而且相关血液生化指标与正常对照组相比,也无明显变化。结论:NIR-Ⅱ稀土纳米探针RENPs@Lips具备高度生物相容性,静脉注射后可快速从肝脏排泄到肠道,通过粪便代谢出机体,72小时后可代谢超过90%,解决了目前大多数纳米探针无法从体内代谢的问题,适宜下一步作为NIR-Ⅱ探针进行活体成像来检测疾病及手术导航。第三部分目的:在小鼠正常循环系统及相关疾病模型中,评估稀土纳米探针RENPs@Lips在活体中医学成像能力及可视化手术导航效果。方法:对于血液循环系统,分别通过5%FeCl3诱导小鼠股动脉血栓模型,结扎股动脉建立小鼠下肢急性缺血模型,和皮下种植143B细胞构建小鼠骨肉瘤荷瘤模型,然后尾静脉注射稀土纳米探针RENPs@Lips,在NIR-Ⅱ荧光活体成像设备下检测各疾病的诊断效果。构建裸鼠股骨原位骨肉瘤模型,静脉注射RENPs@Lips后在NIR-Ⅱ成像手术导航下进行肿瘤供血血管的分离及结扎。对于淋巴循环系统,将RENPs@Lips皮下注射至小鼠尾根部旁,观察淋巴结成像效果并切除后组织学验证。然后皮下种植B16F10细胞构建裸鼠后肢黑色素荷瘤模型,荷瘤周围皮下注射RENPs@Lips后,检测肿瘤的淋巴引流成像,在NIR-Ⅱ成像手术导航下,依次对前哨淋巴结及次级淋巴结进行切除并活检验证有无转移。结果:对于血液循环系统疾病,通过NIR-Ⅱ荧光活体成像,成功检测到小鼠模型中股动脉血栓形成,股动脉急性缺血及组织血流灌注变化,和骨肉瘤新生血管生成。并在股骨原位骨肉瘤模型中,通过NIR-Ⅱ成像手术导航,精准分离骨肉瘤供血血管并进行结扎,完成栓塞手术。对于淋巴循环系统,尾根部皮下注射RENPs@Lips后6小时,成功精准定位腹股沟淋巴结并在NIR-Ⅱ成像手术导航下切除,组织学显示淋巴结边缘整齐且无多余组织。小鼠后肢黑色素荷瘤周围皮下注射RENPs@Lips后,按淋巴引流顺序分别成功定位肿瘤的前哨淋巴结及次级淋巴结,在NIR-Ⅱ成像手术导航下依次进行切除并活检后,前哨淋巴结活检阳性（+）,次级淋巴结活检阴性（—）,前哨淋巴结活检手术完成。结论:NIR-Ⅱ稀土纳米探针RENPs@Lips对正常循环系统及相关疾病中可实现可视化诊断、动态监测及手术导航,为临床前试验药物的研发提供了无创且可视化的实时监测方法,同时为临床疾病的精准治疗提供了可视化手术导航平台。