医用照灯叫什么The Innovation Materials ｜ ‌为“隐形”的医用组织填充剂点亮“导航灯”：新型发光材料实现精准示踪与清理

图1 图文摘要

长余辉发光材料独具特色，在光源停止激发后，仍能持续发光数分钟、数小时甚至数天。这一特性让成像过程无需实时激发，成功实现了激发与发射过程的分离，从根源上避免了激发光和生物组织自发荧光的干扰，使其在生物成像领域脱颖而出，具备两大核心优势：其一，能实现极高的成像信噪比，让成像画面更清晰精准；其二，拥有出色的深层组织穿透能力，尤其是近红外波段的长余辉发光，可大幅提高生物成像深度与分辨率。然而，目前多数近红外长余辉材料仍依赖紫外光或X射线激发，生物安全性不足，且发光波段单一，难以满足的需求。

CaTiO₃:Tm（CTT）具有红光激发、近红外发射的独特光学性质，本研究选取Y/Sc/La/Gd/Lu/Al/Ga/In这8种在可见-近红外区无本征发光的离子作为掺杂剂，合成了一系列CTT-Ln材料。通过系统对比不同材料的余辉强度，发现与CTT相比Y/Sc/La/Gd/Lu均提升了发光性能，而Al/Ga/In则有所降低，其中Y³⁺效果最佳，有效优化材料的，将余辉发光强度提升~60%。

图2 CTT-Ln与CTT的余辉强度比较

基于上述结果，初步总结出具有钙钛矿结构（ABO₃）CTT材料的余辉性能优化规律：（1）在A位点（即Ca²⁺位）掺杂可通过电荷补偿机制产生更多的Ti³⁺，从而增强余辉；（2）在B位点（即Ti⁴⁺位）掺杂会与Ti³⁺竞争而降低余辉；（3）离子半径与A²⁺相近的掺杂剂更易掺杂；（4）原子序数与A相近的掺杂剂更易掺杂

图3 Ln³⁺共掺杂对CTT-Ln长余辉影响的机制示意图

尽管近红外余辉适合深层成像，但肉眼不可见，为实现术中可视化导航，本研究进一步引入Pr³⁺作为第三位掺杂剂，最终得到CTT-Y-Pr材料，在613nm和803nm处实现了可见-近红外双波段余辉发光。

1. 多模态光学成像特性

本研究制备了一款功能化防伪徽章：外圈填充CTT‑Y（仅近红外发光），内圈填充CTT‑Y‑Pr（双波段发光）。在紫外灯激发下，内圈材料呈现红色荧光；关闭激发光源后，红色余辉仍可持续显现；而外圈材料的近红外发光信号则需借助近红外通道CCD相机才能捕捉。此外，该图案仅凭日光即可“充电”，实现可见荧光、可见余辉、近红外荧光、近红外余辉四种模式的光学成像，为构建多级信息加密防伪提供了全新的技术路径。

图4 基于CTT-Y与CTT-Y-Pr的多模态光学成像

2.活体成像——可视化手术导航

为验证材料在生物医学领域的应用潜力，本研究将CTT-Y-Pr与医用硅胶混合，制备成兼具生物相容性与发光性能的可注射填充剂。将不同体积的填充剂注入小鼠皮下组织后，进行近红外长余辉发光成像，信噪比高达123，即使小至10μL的植入物也能被精准定位。随后在紫外灯照射下，模拟了填充物取出手术，填充剂及其微小碎片均发出肉眼可见的明亮红光，术者可在实时荧光导航下清晰识别目标区域，实现植入物的精准定位与彻底清理，为临床复杂手术的可视化操作提供了新的解决方案。

图5 CTT-Y-Pr标记硅胶组织填充剂的长余辉成像应用

本研究将材料科学与临床需求深度融合，为传统“隐形”医用植入物搭建起一座“”。该策略不仅适用于组织填充剂，更可拓展至多种临床常用植入物，如骨关节置换术中的聚乙烯衬垫、骨水泥中的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、人造血管支架中的聚四氟乙烯，以及骨螺钉中的聚醚醚酮（PEEK）等。该技术有望为植入物术后监测、感染早期示踪、手术残留精准清扫提供技术支撑，也为光学成像对比剂提供了新的选择。