圖 1-1 功能性 core-shell 的排列組合 8
2008 年 Alric et al. 9以 Au 為 core，外面包覆以 Gd-chelates 為 shell 的方式，而能使此複合奈米材料同時具有 MRI 和 CT 的效果；
2009 年 Huang et al. 10結合 Gd2O3和 graphite 形成 Gd2O3/C 而能同時 具有 MRI 和 NIR imaging 的應用；2010 年 Cheung et al. 11則利用 GdF3為 core，外面以 PAA polymer 為 shell，使此複合奈米材料同時 具有 MRI 和 CT 的功能。
隨著合成具有雙重功能性的奈米材料已經開發到差不多的時候，
隨之而來的則是科學家們思考能否在這樣主體結構思維下的複合性 奈米材料能更一步擁有三重甚或多重功能呢？這個問題在 2010 年 Jin
et al. 12提出具有 PET/NIRF/MRI 三重功能性之複合材料而首度獲得
關注。此文獻報導主要是利用具有低毒性、生物降解性與製備便宜的 氧化鐵（Fe3O4）奈米粒子做為核，外面修飾具有親水性之多巴胺
（dopamine）後，將此奈米材料加進血清蛋白（human serum albumin , HSA）中，利用血清蛋白來延長奈米材料在生物體中的循環時間。由 於氧化鐵本身具有 MRI 的應用功能，加上所加入之 64Cu-DOTA 具有 PET 之功能、所加入之螢光染料 Cy5.5 具有 NIRF（near-infrared fluorescence）的螢光顯影效果，在 in vivo 的生物顯影上便能同時兼 具 PET/NIRF/MRI 三重功能性，如圖 1-2 所示，這使得在開發單一奈
米複合材料具有多功能性價值的研究領域上有了更蓬勃的探討與未 來展望。
而在 2011 年由 Kryza et al.13進一步以修飾上 polysiloxane shell
（TEOS 和 APTES）之氧化釓奈米粒子，結合了有機螢光染料 Cy5 與含111In 具有輻射性之螯合物，而此同時兼具 SPECT（111In 貢獻）、 MRI（Gd 貢獻）與光學 optical imaging（Cy5 貢獻）三重功能性之複 合材料在 in vivo 上也獲得不錯的效果。發展多功能性奈米材料是未 來具有很大潛力與應用價值的研究課題。
圖 1-2 具有三重功能性 core-shell 的示意圖12
1-2-3 多功能多功能多功能多功能性性性性之奈米材料顯影方式之奈米材料顯影方式之奈米材料顯影方式之奈米材料顯影方式
modality probe spatial resolution advantages limit MRI 順磁性順磁性順磁性順磁性(Gd ,Mn) imaging）、螢光影像（fluorescence imaging）、斷層掃描影像（CT, X-ray
computed tomography imaging）、正子放射斷層掃描影像（PET,positron emission tomography）和單光子放射斷層掃描影像（SPECT,
single-photon emission computed tomography）的差異性和其優缺點。
1.核磁共振影像核磁共振影像核磁共振影像核磁共振影像顯影顯影顯影顯影
核磁共振成像（MRI）被視為現代醫學診斷的強大技術，因為它 可以滲透進入組織深部，以非侵入性的方式觀察軟組織，提供解剖細 節，經由軟體轉換成高解析的三維圖像偵測方式，這是核磁共振影像 的最大優勢，其空間解析度可達 25～100 µm。另外，核磁共振成像 的好處為並不使用 X-ray 或其他的放射性物質來做為受檢者患部之 影像分析。但這項技術現階段只能夠解決超過幾微米大小的物體，故 其靈敏度比起放射性物質或光學的成像方式來的低很多，而且其價格 昂貴，這些是尚待克服的缺點。
2.2.
2.2.螢光螢光螢光螢光影像影像影像顯影影像顯影顯影 顯影
螢光原理簡單來說，當分子吸收能量時，分子內的電子受到激發 而躍遷至激發態，若躍遷由基態單態(singlet state)，躍遷至激發態單 態，則其躍遷機率較大因此所放出的光強度較大，但生命期（life time）
較短(10 -5 ～10 -8 秒之間)稱為螢光；若牽涉到電子自旋狀態的改變，
從單態到三重態(triplet state)，則其躍遷機率較小，放光強度通常較弱，
但生命期較長(10 -4 ~數秒之間)，稱為磷光。而處於激發態之電子除
了以放光的形式回到基態外，也可能透過振動以輻射產生熱的方式以 回到基態，而通常我們會比較在意以放光形式回到基態途徑在整個過 程中所佔有的比例，即量子產率（quantum yield）的概念。
而利用螢光成像的方式來做為應用於生物醫學的影像偵測有著 高靈敏度與可即時成像的優點，但也因為其光激發致螢光的方式無法 對生物的組織有很好的穿透性，故其會限制於只能在組織表面才能利 用螢光顯影的方式來做為偵測的缺點，其解析度只有 2～5mm。
3.電腦電腦電腦電腦斷層掃描影像斷層掃描影像斷層掃描影像斷層掃描影像顯影顯影顯影顯影
電腦斷層掃描（CT）是醫院常用的生物醫學成像診斷工具。X 光是一種電磁波或輻射，具有能穿透物質的特性，而人體的器官及骨 骼有著不同的密度，當相同能量的 X 光投射及穿透人體某個部位後，
便能在底片上形成深淺不同的影像。目前常用為一可 360 度旋轉的 X 光攝影機，對患者進行連續不同角度照射，而由於人體組織對 X 光 吸收力的不同，將這些訊號經由電腦計算，，會產生深淺不同的影像，
如果組織內有腫瘤，則會透過顯影劑的對比效果而清楚呈現。儘管斷 層掃描可以在短時間內提供解析度佳的影像，其解析度為 50～200 µm，
但其在影像重建的過程中仍會有雜訊的產生，且在 X 光游離輻射的 照射下會對人體產生傷害，另外則是高劑量的顯影試劑會對腎臟造成 傷害。
4.正子放射斷層掃描影像顯影正子放射斷層掃描影像顯影正子放射斷層掃描影像顯影正子放射斷層掃描影像顯影
正子放射斷層掃描（PET）基本上是需要放射性同位素於衰變過 程中放出帶正電荷之正子例如15O、18F、11C、64Cu，透過與人體組織 內之負電荷電子撞擊毀滅後以 γ 射線的能量形式呈現，正子放射斷層 掃描便能透過偵測這些放射性同位素所產生之 γ 射線以重建組織的 影像，但其解析度低，只有 1～2 mm。不同於 CT 或 MRI，正子放射 斷層掃描除了能分辨腫瘤是否壞死外，更能及早發現癌症是否存在或 轉移，但其缺點在於輻射劑量對人體的副作用及後續的處理問題，目 前大多仍因其安全性問題而停留在臨床前的研究階段。
5.單光子放射斷層掃描影像顯影單光子放射斷層掃描影像顯影單光子放射斷層掃描影像顯影單光子放射斷層掃描影像顯影
單光子放射斷層掃描影像（SPECT）的原理和 PET 很像，不同 的是其主要是偵測單一光子之同位素例如99mTc、123I 來標定放射性藥 物的位置，進而重建組織之影像。SPECT 在影像顯影上仍有許多問 題尚待進一步的研究與解決，像是其所能使用的放射性同位素有限、
偵測所需時間長、所建立之三維立體影像空間解析度不佳，只有 0.5
～1 mm 以及價錢昂貴與輻射性的副作用等問題存在。
而本文主要是應用螢光、MRI 與 CT 之方式，有關 MRI 與 CT 的 原理和常用的顯影劑等會在後面做進一步的介紹。