近红外二区荧光探针：开启生物医学成像新时代

在生物医学成像领域，近红外二区荧光探针正逐渐崭露头角，成为科研人员探索生命奥秘、攻克疾病难题的得力助手。今天，就让我们一同走进近红外二区荧光探针的奇妙世界，了解它的独特魅力和广阔应用前景。

一、近红外二区荧光成像技术的优势

传统的荧光成像技术，如可见光（400-700nm）和近红外一区（NIR-I，700-900nm）荧光成像，在生物医学研究中发挥了重要作用。然而，它们也面临着一些挑战，如组织穿透深度有限、背景荧光干扰严重以及成像分辨率较低等问题。这就好比我们在黑暗中用手电筒照明，光线容易被周围的物体阻挡和散射，难以照亮深处的物体。

而近红外二区（NIR-II，1000-1700nm）荧光成像技术的出现，为这些问题提供了新的解决方案。在这个波段，组织对光的吸收和散射显著降低，自发荧光干扰也大大减少。这使得近红外二区荧光成像能够实现更高的组织穿透深度和时间、空间分辨率，就像给我们配备了一个更强大的光源，能够穿透黑暗，清晰地照亮深部组织的细微结构和生物过程。例如，在小动物活体成像中，近红外二区荧光成像可以清晰地显示肿瘤的边界、血管的分布以及药物在体内的代谢过程，为疾病的诊断和治疗提供了更准确的信息。

图1：近红外二区活体宽场荧光成像系统

二、近红外二区荧光探针的分类与特点

（一）无机荧光探针

无机荧光探针是近红外二区荧光探针的重要组成部分，其中量子点、稀土掺杂纳米材料等是典型代表。量子点具有优异的光学性能，如宽激发光谱、窄发射光谱、高荧光量子产率和良好的光稳定性。它们能够在近红外二区发射出强烈的荧光信号，为生物成像提供了高灵敏度和高分辨率的检测手段。稀土掺杂纳米材料则通过巧妙地设计稀土离子的掺杂浓度和结构，实现了对荧光发射波长和强度的精确调控，展现出独特的光学特性。

图2：无机稀土荧光纳米探针

（二）有机荧光探针

有机荧光探针以其独特的分子结构和良好的生物相容性，成为近红外二区荧光探针领域的研究热点。花菁类染料、D-A-D有机小分子和共轭聚合物等是常见的有机荧光探针类型。花菁类染料具有高摩尔消光系数和高荧光量子产率，通过合理的分子结构设计，如延长共轭链长度、修饰推拉电子体系等策略，可以实现吸收和发射波长的红移，使其适用于近红外二区荧光成像。D-A-D有机小分子具有化学结构清晰、光学性能可调、代谢特性优异等优点，能够通过调节供体/受体单元的给/吸电子能力，精确调控荧光分子的光学性质。共轭聚合物则具有较高的荧光亮度和良好的稳定性，在生物成像和传感领域展现出巨大的应用潜力。

图3：近红外二区有机荧光探针

有机荧光探针的优势在于其结构明确、易于修饰和功能化，可以通过引入各种靶向基团，实现对特定生物分子或细胞的特异性识别和成像。同时，它们的生物相容性好，在体内能够较快地代谢，减少了对生物体的潜在危害。

三、近红外二区荧光探针的应用领域

（一）疾病诊断与早期检测

近红外二区荧光探针在疾病诊断和早期检测方面展现出巨大的潜力。通过设计特异性识别肿瘤细胞表面标志物的荧光探针，可以实现对肿瘤的早期精准诊断。在肿瘤的早期阶段，癌细胞数量较少，传统的检测方法往往难以发现。而近红外二区荧光探针能够凭借其高灵敏度和高分辨率的成像能力，在肿瘤细胞刚刚开始异常增殖时就能够检测到它们的存在。例如，研究人员开发了一种针对乳腺癌细胞表面HER2蛋白的近红外二区荧光探针，通过静脉注射到小鼠体内，成功地在早期阶段检测到了乳腺癌的发生，为后续的治疗提供了宝贵的时间。

（二）活体成像与药物追踪

在活体成像领域，近红外二区荧光探针为科研人员提供了一种实时、无创地观察生物体内生理和病理过程的强大工具。通过将荧光探针标记到药物分子上，可以清晰地追踪药物在体内的分布、代谢和排泄过程。这对于研究药物的作用机制、优化药物的配方和给药方案具有重要意义。例如，在研究新型抗丨癌药物的疗效时，利用近红外二区荧光探针可以实时观察药物在肿瘤组织中的富集情况，评估药物对肿瘤细胞的杀伤效果，从而为药物的研发和临床应用提供有力的支持。

图4:肿瘤细胞在小鼠脑内运动的活体显微成像

（三）手术导航与精准治疗

在手术过程中，准确识别肿瘤组织的边界对于彻底切除肿瘤、减少术后复发至关重要。近红外二区荧光探针可以在手术中实时标记肿瘤组织，为医生提供清晰的手术导航。通过荧光成像系统，医生能够直观地看到肿瘤的位置和边界，确保手术切除的准确性和彻底性。此外，近红外二区荧光探针还可以与光动力治疗、光热治疗等相结合，实现对肿瘤的精准治疗。在光动力治疗中，荧光探针在吸收特定波长的光后会产生单线态氧，从而杀死肿瘤细胞；在光热治疗中，荧光探针吸收光后将光能转化为热能，使肿瘤组织升温并坏死。

图4:荧光指导手术导航

四、数联生物在近红外二区荧光探针领域的研究成果

数联生物一直致力于近红外二区荧光探针的研发和创新，在该领域取得了一系列令人瞩目的成果。我们的科研团队通过不断优化探针的分子结构和合成工艺，成功开发出了一系列具有高性能的近红外二区荧光探针。这些探针具有高荧光量子产率、良好的光稳定性和生物相容性，能够满足不同生物医学应用场景的需求。

未来，数联生物将继续加大在近红外二区荧光探针领域的研发投入，不断探索新的应用领域和技术突破。我们相信，随着技术的不断进步和创新，近红外二区荧光探针将在生物医学领域发挥更加重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。

五、结语

近红外二区荧光探针作为生物医学成像领域的新兴技术，为我们打开了一扇窥探生命奥秘的新窗口。它的独特优势和广泛应用前景，吸引着越来越多的科研人员投身于相关研究。尽管目前近红外二区荧光探针还面临着一些挑战，如进一步提高探针的性能、降低成本以及解决临床转化中的相关问题等，但我们有理由相信，在科研人员的共同努力下，这些问题将逐步得到解决。让我们共同期待近红外二区荧光探针在未来能够为生物医学领域带来更多的惊喜和突破，为人类的健康福祉保驾护航。

如果你对近红外二区荧光探针感兴趣，欢迎关注数联生物的官方网站和微信公众号，获取更多最新的科研成果和技术动态。