用于生物分子检测和成像的探针开发是非常活跃的研究领域。在众多的检测方法中，光学传感技术是一种实时成像的非侵入性成像技术，因其具有响应时间短、灵敏度高、易于操作且成本低廉等优点，受到越来越多的关注。然而，基于有机荧光探针或无机荧光纳米粒子的传统光学测定方法遭受自发荧光、生物液体和组织发出的光散射和有机荧光团光漂白的干扰，导致生物分析的低灵敏度和低信噪比。长余辉材料在停止激发光照射后还能长久的发光，通过收集长余辉材料的发光信号能够有效消除自发荧光干扰，显著提高成像对比度和检测灵敏度。此外，近红外(NIR)发射的长余辉材料在穿透生物器官或组织中显示出较低的散射和吸收系数，而且无需持续激发光照射，能够有效减少光照射对组织带来的伤害。然而，由于传统的光学传感器对于生物分子的靶向性较差，急需开发具有高特异性靶向生物分子的物质来提高检测的特异性和选择性。核酸适配体具有体外合成容易、重复性好、稳定性高等优点，在分子检测中常常被使用，是检测癌症标志物强有力的选择。因此，核酸适配体修饰的NIR发射长余辉材料在生物传感与生物成像领域提供了广阔的应用前景。
　　在本论文中，我们首先合成了NIR发光的长余辉纳米颗粒并以该长余辉纳米颗粒为基础，结合核酸适配体高特异性靶向生物分子的特点，构建了基于核酸适配体修饰的长余辉纳米探针，并将该纳米探针应用在生物传感与成像中，具体研究内容如下：
　　(1)我们使用水热法合成NIR发光的长余辉纳米颗粒Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4∶0.5%Cr(ZGGO∶Cr)，通过荧光分光光度计与小动物成像系统表征证实了我们合成的材料具有良好的发光性能，可持续发光时间长达8小时。同时基于长余辉材料良好的发光性质，将其用于细胞成像。由于长余辉纳米颗粒的发射光谱与BHQ3染料分子的吸收光谱具有很大的重叠，基于荧光共振能量转移原理以ZGGO:Cr纳米颗粒作为NIR发光单元，BHQ3染料分子作为淬灭剂。用前列腺特异性抗原(PSA)的核酸适配体及其互补的cDNA分别修饰ZGGO∶Cr和BHQ3，构建了长余辉纳米探针(ZGGO∶Cr-Apt)特异性检测PSA。该纳米探针能够实现PSA的高灵敏性和高特异性检测，对于前列腺癌的早期诊断具有重要意义。
　　(2)我们将ZGGO∶Cr-Apt纳米探针封装在特异性靶向骨组织阿伦磷酸盐(AL)修饰的酸响应性脂质体(Lip)内，制备了双功能ZGGO∶Cr-Apt@Lip-AL纳米探针，用于前列腺癌骨转移微环境中PSA的检测和成像。透射电子显微镜图与原子力显微镜图片均证明ZGGO∶Cr-Apt@Lip-AL纳米探针被成功制备。该ZGGO∶Cr-Apt@Lip-AL纳米探针不仅具有响应酸性微环境的能力，而且对羟基磷灰石也具有较强的靶向能力。同时使用激光共聚焦显微镜成像证实ZGGO:Cr-Apt@Lip-AL纳米探针具有对前列腺癌细胞PC-3迁移和酸性微环境实时成像的能力。因此，本研究为前列腺癌骨转移的早期检测和长期监测提供有利的手段，促进未来靶向骨转移肿瘤成像指导的手术和治疗的发展。