综述：光学技术在监测药物及代谢剂迁移与递送中的应用

　　本综述系统评述了光学技术（如OCT、SERS、FLIM等）在监测药物及代谢产物迁移与递送中的前沿应用，涵盖肿瘤靶向、皮肤渗透、纳米载体（如GNPs、外泌体）及CRISPR/Cas系统成像等领域，为疾病诊断、治疗优化及跨学科研究提供关键技术支持。

　　

光学技术在监测药物及代谢剂迁移与递送中的应用

近年来，光学技术在生物医学领域，特别是在监测药物和代谢剂在组织与细胞中的迁移和递送过程中，展现出前所未有的潜力。从临床诊断与治疗到化妆品、低温保存及食品工业，实时、无创地追踪药物动力学行为已成为多学科交叉研究的焦点。

光谱学方法的创新应用

多种光谱学方法如紫外-可见光谱、红外光谱、拉曼光谱（RS）以及太赫兹光谱已被广泛用于评估生物组织的光学特性。动力学光谱学在可见光范围内的测量显示出高灵敏度，可用于估算光学清除剂（OCAs）在组织中的特征扩散时间和扩散系数，并区分健康与病变组织（如癌症结直肠和肾脏组织）中移动水含量的差异（健康组织至癌组织移动水含量增加约5%）。此外，表面增强拉曼光谱（SERS）通过电磁增强（EM）和化学增强（CE）机制，将检测灵敏度提升至单分子水平（EM增强因子达10⁹，CE达10²），在血清、尿液和活细胞等生物样本中实现了小分子的定性与定量分析。

电子顺磁共振光谱（EPR）和拉曼光谱也被用于监测药物经毛囊（HF）途径的皮肤渗透。尽管EPR技术在体内应用中灵敏度有限，但拉曼光谱凭借其分子指纹特性，可有效区分经该途径递送的不同组分，为经皮给药研究提供了重要工具。

光学成像技术的进展

光学相干断层扫描（OCT）因其高空间分辨率、深度穿透能力及实时成像优势，被用于监测药物在皮肤毛囊中的递送过程。当高折射率（RI）制剂（如金壳包裹的二氧化硅颗粒）填入毛囊后，OCT图像可清晰显示毛囊由低散射的暗结构转变为高散射的亮通道，从而实时追踪药物吸收情况。此外，光学相干弹性成像（OCE）可定量可视化渗透应变动力学，用于研究甘油等OCAs在软骨等组织中的扩散过程，其结果与Fick扩散理论高度一致。

荧光成像技术如共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、双光子显微镜（TPM）、荧光寿命成像显微镜（FLIM）和光片荧光显微镜（LSFM）在药物递送研究中同样发挥重要作用。LSFM以高时空分辨率和低光毒性优势，实现了对胚胎发育过程中器官形成、细胞迁移的动态观测，以及肿瘤内药物渗透异质性的实时监测。FLIM则通过荧光寿命变化提供了药物时空分布、动态相互作用及微环境影响的互补信息，已在心血管疾病、脑疾病和癌症的诊疗监测中进入临床转化阶段。

纳米载体与先进递送系统

金纳米颗粒（GNPs）因其尺寸与表面特性成为靶向递送药物的理想载体，其释放与生物分布可通过荧光成像、暗场光学显微镜及近红外（NIR）荧光成像等技术监测。然而，GNPs的体内应用仍面临抗体产生、过敏反应及低吸附容量等挑战。蛋白质晶体作为生物药物载体，具有高纯度、高稳定性和多孔结构特点，但其大尺寸易被吞噬细胞清除，且存在免疫原性与药物释放控制难题。外泌体（40-200 nm）作为天然纳米载体，在靶向递送中显示出潜力，其体内分布可通过荧光、生物发光及磁共振成像等技术追踪。

纳米颗粒（NPs）的肿瘤递送传统依赖增强渗透与保留（EPR）效应，但近期活体光学显微镜（IVOM）研究揭示了免疫细胞介导的NPs运输及内皮细胞转胞作用（如N-TECs）等新机制，对EPR理论提出了挑战。此外，光响应纳米药物通过光异构化、光热和光动力过程实现时空控制释放，在抗癌与抗菌光疗中展现出广阔前景。

CRISPR/Cas系统与光学生物成像

CRISPR/Cas系统与纳米颗粒及光学成像技术（如NIR、荧光成像）的结合，实现了基因编辑过程的实时监测与定量分析。纳米颗粒修饰不仅提高了CRISPR/Cas的递送效率，还整合了多重成像功能，为精准医疗提供了新工具。然而，该系统仍面临递送效率低、内体逃逸困难及脱靶效应等挑战。

当前挑战与未来方向

尽管光学技术取得了显著进展，但仍存在诸多挑战。光谱学方面，SERS的分子指纹特性受限于某些基团的弱拉曼信号及生物样本中结构类似物的干扰，且缺乏标准化预处理协议。成像技术中，OCT对分子动态的灵敏度不足，需通过多模态整合（如结合荧光、超声或光声成像）提升诊断能力。LSFM则受限于荧光团降解、组织不透明性及数据管理问题。

纳米载体领域需解决GNPs的免疫原性、蛋白质晶体的吞噬清除及复杂纳米系统的毒性问题。此外，肿瘤异质性要求开发个性化纳米医学策略。对于抗菌蓝光（aBL）疗法及抗菌光动力疗法（aPDT），标准治疗协议与深部组织光递送系统的缺乏制约了其临床转化。

人工智能（AI）与机器学习算法在图像处理、数据分析及实时诊断中的集成，将为光学技术带来突破。自动化组织清除流程、AI辅助动力学监测以及多模态成像融合，有望推动光学技术从实验室向临床应用的广泛转化。

应用拓展与跨领域潜力

光学技术在毒物与解毒剂扩散研究、器官低温保存（如甘油、二甲基亚砜（DMSO）的剂量优化）及食品工业（糖分与防腐剂递送监测）中具有潜在应用价值。在皮肤科与化妆品领域，微针与毛囊途径的药物递送结合光学监测，显著提升了治疗效率与安全性。

总之，光学技术作为生物光子学研究的核心工具，在药物与代谢剂监测领域持续推动技术创新与跨学科融合，未来有望通过应对现有挑战，实现更精准、高效的临床诊断与治疗应用。