撰稿 | 馮哲（浙江大學(xué)）

說明 | 本文來自論文作者（課題組）投稿

熒光成像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像及臨床術(shù)中導(dǎo)航。熒光在生物介質(zhì)中傳播時(shí)，吸收衰減和散射擾動(dòng)會(huì)分別造成熒光能量損失和信噪比下降。一般來說，吸收損耗的程度決定了我們能否“看得見”，而散射光子的多少會(huì)決定了我們能否“看得清”。除此之外，一些生物分子的自發(fā)熒光和信號(hào)光一同被成像系統(tǒng)收集，最終成為圖像的背景。因此，對(duì)于生物熒光成像而言，科學(xué)家們?cè)噲D尋找一個(gè)光子吸收小且光散射得到充分抑制的完美成像窗口。

2009年以來，美國(guó)斯坦福大學(xué)Hongjie Dai院士發(fā)現(xiàn)了1000-1700 nm（近紅外二區(qū)，NIR-II）的光學(xué)生物組織窗口相較于傳統(tǒng)的700-900 nm（近紅外一區(qū)，NIR-I）窗口，生物組織的光散射更低，活體成像效果更佳。

隨后，國(guó)內(nèi)外掀起一陣近紅外二區(qū)熒光成像及發(fā)光探針的研究熱潮。在中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心與科睿唯安聯(lián)合向全球發(fā)布的《2020研究前沿》報(bào)告中（該報(bào)告完整版>>>），“近紅外二區(qū)熒光探針用于生物醫(yī)學(xué)成像”的研究話題在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域中排名第二。

理論上，由于散射光子在生物介質(zhì)傳播中的光程比彈道光子長(zhǎng)，因此，組織光吸收作用會(huì)優(yōu)先消耗多次散射的光子，從而抑制散射背景。

近日，浙江大學(xué)錢駿教授課題組及其合作者發(fā)現(xiàn)，相較于近紅外一區(qū)，近紅外二區(qū)窗口內(nèi)生物組織吸收明顯增加，且生物成像效果與水的光吸收緊密相關(guān)。在降低散射作用的基礎(chǔ)上，該課題組認(rèn)為水吸收的增加也是提升近紅外活體熒光成像效果的關(guān)鍵。

根據(jù)水對(duì)近紅外光子的吸收特性，該課題組將近紅外二區(qū)的定義進(jìn)一步完善為900-1880 nm。其中，該課題組發(fā)現(xiàn)水吸收較高的1400-1500 nm，在熒光探針足夠亮的情況下，成像效果最佳，甚至超過了公認(rèn)的近紅外二b區(qū)成像（1500-1700 nm，NIR-IIb）。因此，一直被忽視的1400-1500 nm波段被定義為近紅外二x（NIR-IIx）窗口。圍繞近紅外二x窗口，該課題組實(shí)現(xiàn)了大深度鼠腦血管成像及多功能深層器官造影。此外，通過仿真計(jì)算，該課題組將2080-2340 nm定義為近紅外波段另一個(gè)成像窗口——近紅外三區(qū)（NIR-III）。

光在組織中傳播的示意圖。

該研究成果以"Perfecting and extending the near-infrared imaging window"為題發(fā)表在 Light: Science & Applications。

本文中的學(xué)者通過理論仿真和活體實(shí)驗(yàn)，證明了水吸收的增加對(duì)于提升近紅外二區(qū)熒光成像效果有著重要作用，提出了在900-1880nm范圍內(nèi)成像效果最優(yōu)的NIR-IIx窗口。但由于缺乏合適的成像探針和商業(yè)化的紅外探測(cè)器，目前活體熒光成像實(shí)驗(yàn)被限制在1700nm以內(nèi)。我們熱切期待著新型熒光團(tuán)（如長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射量子點(diǎn)），以及高效檢測(cè)技術(shù)（如波長(zhǎng)擴(kuò)展型InGaAs相機(jī)）的出現(xiàn)！

論文信息：

Feng, Z., Tang, T., Wu, TX., et al. Perfecting and extending the near-infrared imaging window. Light Sci. Appl. 10, 197 (2021). 

論文地址：

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00628-0

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編輯 | 趙陽(yáng)

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