在国家自然科学基金项目（项目编号：21725502）等资助下，复旦大学化学系张凡教授团队和澳大利亚麦考瑞大学陆怡青研究员团队合作，提出将近红外荧光寿命成像技术运用于活体多重检测当中，研究工作以“Lifetime Engineered NIR-II Nanoparticles Unlock Multiplexed in Vivo Imaging”（荧光寿命工程化的近红外第二窗口纳米颗粒解锁活体多重成像）为题，于2018年8月6日在Nature Nanotechnology（《自然·纳米技术》）在线发表。张凡教授和陆怡青研究员为共同通讯作者，张凡课题组凡勇博士为第一作者。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-018-0221-0。
目前，组织切片仍为临床医学中诊断肿瘤的主要方法,在这一方法存在诸多风险与隐患。切片诊断技术不得不依赖于肉眼对肿瘤性质、大小与阶段做出判断，导致诊断结果精确度不能完全保证。同时，传统切片活检过程难以避免肿瘤细胞转移的风险。因此，开发一种全新技术，在无需通过手术切片操作下实现肿瘤精准诊断成为巨大挑战。
张凡团队提出基于时间维度的多重成像方法，设计了荧光寿命可调的近红外二区（NIR-II）稀土纳米颗粒探针。由于生物组织对NIR-II光的吸收和散射很低，且生物组织自发荧光也很弱，使NIR-II光在组织中有较大穿透深度及高成像信噪比。相比于荧光强度，荧光寿命的数值具有很好的稳定性，不依赖于生物组织穿透深度。因此可以实现活体多重成像和量化诊断。该团队利用能量延迟方法并结合对发光离子浓度的调控，实现NIR-II区单一波长下荧光寿命三个量级以上的精确调节。将这种成像方法应用于乳腺癌肿瘤的精准诊断，其对肿瘤标志物的定量检测结果与传统的免疫印迹法和免疫组织化学法相比有很好的一致性。而相比于后两者一次只能对一种肿瘤标志物进行检测，这种新的时间维度成像方法可以原位实现同时定量多个肿瘤标记物，并且减少了传统检测方法在组织切片的制作、处理以及评分过程中所导致最终结果的差异性。
图1.（a）不同荧光寿命的Er纳米颗粒的荧光寿命伪色彩图。（b）编码小球中Er发射通道和Ho发射通道的荧光寿命和荧光强度随着不同厚度生物组织的变化。（c）小鼠实验的过程示意图。（d）对MCF-7和BT-474乳腺癌肿瘤上不同标志物的定量检测。