稀土探針在血腦屏障穿透與神經疾病研究中頗具潛力。通過納米粒徑優化（20-30nm）和表面PEG修飾，稀土探針的血腦屏障穿透效率比傳統有機染料提高15倍。在阿爾茨海默病模型小鼠中，尾靜脈注射的稀土探針可在30分鐘內富集于大腦皮層的Aβ斑塊，其熒光壽命（如Tm的800nm發射壽命為2.1ns）比周圍正常腦組織縮短45%，這種差異源于Aβ纖維化導致的微環境改變。更重要的是，稀土探針的長壽命發光可與腦電信號同步采集，在癲癇模型中，研究人員觀察到癇性放電時探針熒光壽命出現特征性驟降，為揭示神經電活動與分子微環境的關聯提供了跨尺度研究工具。
微流控芯片與稀土探針的結合，推動了循環腫瘤細胞（CTC）的高效捕獲。將稀土探針修飾的*細胞特異性抗體集成于微流控通道內壁，其近紅外二區熒光壽命（如Ho的2.05μm發射壽命為2ms）可實時指示CTC的捕獲狀態一一當CTC流經通道時，抗體-抗原結合導致探針微環境改變，熒光壽命縮短18%，通過壽命信號觸發微閥動作，將CTC分選至收集區。該系統的CTC捕獲效率達95%，且可同時分析CTC的表面標志物表達（如EpCAM、CD44），比傳統流式細胞術的通量高10倍。在肺*患者的臨床樣本檢測中，該技術從10mL血液中檢出的CTC數量比常規方法多30%，且能通過熒光壽命差異區分活性CTC與凋亡細胞，為腫瘤復發監測提供了更精細的指標。
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