近红外二区荧光寿命成像系统：探索生命奥秘的新利器

在生物医学成像领域，近红外二区（NIR-II，900-1880nm）荧光成像技术凭借其独特优势，正逐渐成为研究人员探索生命奥秘的得力工具。今天，就让我们一起来深入了解一下近红外二区荧光寿命成像系统。

一、近红外二区荧光成像技术优势

传统的荧光成像多位于可见光波段（400-760nm），生物组织存在严重自身荧光，对光子吸收和散射作用强，导致信噪比和穿透深度较低，难以获取深层组织生物信息。当荧光成像窗口扩展到近红外一区（NIR-I，760-900nm），情况虽有改善，但仍无法满足临床应用需求。 

而近红外二区荧光成像技术，由于光子波长更长，极大地抑制了光在生物组织内传播时的吸收和散射作用，生物组织自身荧光也显著下降。这使得NIR-II荧光成像深度大大提高，分辨率和信噪比更高，能更清晰地呈现活体动物体内深层组织的生物信息，为生物医学研究带来了新的契机。 

二、近红外二区荧光寿命成像系统原理

荧光是一种光致发光的冷发光现象。荧光物质受外界光源激发，核外电子吸收能量跃迁到高能级，处于不稳定激发态，随后通过非辐射跃迁快速降落至激发单重态最低振动能级，再通过辐射跃迁返回基态，以光子形式释放能量，发射出荧光信号。

近红外二区荧光寿命成像系统，就是基于上述荧光成像原理，采用反射型成像方式搭建。系统主要由激发光源、发射滤光片、镜头、探测器和电脑等部分组成。活体小动物被固定在恒温台上并持续麻醉，体内注射荧光试剂或染料后，受外界激发光源照射发射荧光信号。荧光信号经生物组织吸收和散射到达组织表面，再经发射滤光片和镜头被探测器接收，最后传入电脑处理得到荧光图像。

图1：近红外二区荧光寿命成像系统

与普通的近红外二区荧光成像系统不同，荧光寿命成像系统不仅能获取荧光强度信息，还能测量荧光寿命。荧光寿命是指荧光物质在激发态的平均停留时间，不同荧光物质或同一荧光物质在不同微环境下，荧光寿命会有所差异。通过分析荧光寿命，可获取更多关于荧光物质所处微环境的信息，为生物医学研究提供更丰富的数据支持。

三、近红外二区荧光寿命成像系统应用领域

1.肿瘤研究：在肿瘤早期检测中，该系统可利用高灵敏度和高分辨率，精准识别微小肿瘤病灶，实现肿瘤的早发现、早诊断。在肿瘤手术中，实时成像能清晰显示肿瘤边界及周围组织情况，辅助医生更精准地切除肿瘤，降低残留风险。同时，还可用于监测肿瘤治疗效果，评估药物对肿瘤细胞的作用，为个性化治疗方案制定提供依据。

图2：多指标肿瘤标志物及肿瘤微环境定量检测

2.心血管疾病研究：可以对心血管系统进行动态成像，清晰观察血管结构和血液流动情况。例如，检测血管狭窄、堵塞部位，研究心肌缺血、心肌梗死等疾病的发病机制和治疗效果评估，助力心血管疾病的诊断和治疗研究。

3.神经科学研究：能够深入大脑深层组织，对神经元活动进行成像，研究神经信号传导、神经发育、神经退行性疾病等，为揭示大脑奥秘和攻克神经疾病提供重要技术手段。

4.药物研发：在药物研发过程中，可用于监测药物在体内的分布、代谢和靶向情况，评估药物疗效和安全性，加速药物研发进程。 

四、未来展望

随着科技的不断进步，近红外二区荧光寿命成像系统也在不断发展创新。未来，我们期待看到更紧凑、成本更低廉的成像系统出现，使其能够更广泛地应用于科研机构和临床实践。

同时，开发更特异、性能更优越的荧光探针，进一步提高成像分辨率和深度，拓展成像功能，也是未来的重要研究方向。此外，与人工智能、机器学习等技术的融合，将为图像分析和数据挖掘带来新的突破，使我们能从海量成像数据中获取更多有价值的信息。