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癌症的早期诊断与造影剂的研究、发展密切相关。寻找高效的诊断模式和研究新型造影剂，对提高癌症的早期诊断率以及后续有效治疗具有重要意义。CT成像作为临床常用的诊断模式，对软组织尤其是肿瘤区域（组织密度差异性小）成像效果较差，需要注入CT造影剂以提高成像质量。如果CT造影剂同时兼具其它多模式成像功能（如磁共振和发光成像），形成一种高效的多模式成像探针，可以更好地定位病灶区位置，进而显著提高临床诊断的准确率，因此，多功能CT造影剂的研发具有重要的临床意义和潜在巨大的相关医药产业市场。本研究工作以稀土纳米探针作为多功能CT造影剂的载体，针对该纳米探针发光、磁共振成像特性及其本身对X射线衰减系数高等优点，设计、构建多功能纳米探针用于多模式成像，初步探索其在肿瘤放疗中的应用研究，主要包括以下研究内容:
1.稀土纳米探针在CT/UCL（上转换发光）双模式成像及活体分布中的应用研究:采用热解工艺，成功制备稀土纳米探针NaYbF4∶2％Tm3+，该纳米探针形貌呈椭球形，粒径小于20nm;在近红外区～800nm处有较强的上转换发光性能，而且CT造影效果比现有临床造影剂（碘比醇）性能提高近一倍，在活体水平可以实现肝脏的CT和近红外发光成像。我们详细研究了该纳米探针的体内分布、代谢及生物相容性，结果表明，通过尾静脉注射实验鼠，探针主要分布在肝脏和脾脏，大部分通过粪便排出体外，一个月内基本代谢完毕，组织无明显毒性反应，生物相容性好。
2.稀土纳米探针在主动靶向胶质瘤成像中的应用研究:设计、制备RGD多肽修饰的双重金属基稀土纳米探针BaYbF5∶2％Er3+(Tm3+)，该纳米探针内核粒径约10nm，形貌呈立方形，具有高效的CT造影成像性能，造影效果是临床造影剂（碘比醇）的四倍。探针在活体内中具有较长的血液半衰期(t1/2=2.2h)，有利于肿瘤的主动靶向。研究结果表明，该稀土纳米探针在细胞、活体水平均具有显著的主动靶向性能，并成功实现了活体移植胶质瘤的主动靶向CT/UCL双模式成像，为后续CT介导的胶质瘤主动靶向治疗（放疗）奠定了实验基础。
3.稀土纳米探针在胶质瘤放疗增敏效应中的应用研究:在肿瘤放疗中，RGD多肽修饰的BaYbF5∶2％Er3+(Tm3+)稀土纳米探针对X射线的光电效应、康普顿散射及电子对效应，显著提高了纳米探针周围的放射剂量和组织损伤，可以作为放疗增敏“药物”提高放疗的疗效。通过建立MAGICgels模型，验证了该探针对射线剂量的增强效应;活体放疗实验表明，该主动靶向探针在移植胶质瘤区域富集明显，放疗后对肿瘤抑制效果显著。
4.稀土纳米探针在血管造影及动脉粥样硬化诊断中的应用研究:成功制备超小尺寸(约2nm)的NaGdF4纳米探针，该探针不但具有CT造影性能，同时具有高效的磁共振(MR)造影性能（是临床钆剂的近两倍）。研究结果表明:该纳米探针可以作为高效的MR血管造影剂，与相同剂量的临床钆剂相比，造影性能更高，微小血管清晰可见，而且可以对活体动脉粥样硬化斑块进行MR成像诊断，病灶部位清晰显像。系统的生物学效应研究表明，该探针在活体水平具有良好的生物相容性。
5.稀土纳米探针在UCL/MR/CT三模式成像中的探索研究:分别采用热解法、反微乳液及静电吸附技术，成功制备单分散、尺度及形貌可控(小于50nm)的“芝麻球”状纳米核壳结构三模式探针(NaY/GdF4∶Yb3+，Er3+，Tm3+@SiO2@Au@PEG)。金纳米颗粒不仅可以作为CT造影剂用于增强CT成像，而且可以利用其等离子共振(SPR)效应用于增强上转换发光成像。该纳米探针将上转换发光成像、T1-加权MR成像、CT成像等多种探测模式巧妙地联合于一体，实现了UCL/MR/CT三模式成像的有机结合，并在细胞及活体水平证实了三模式成像的可行性。