注册 English

近红外二区活体成像技术及其应用研究进展

罗兴蕊 ,  陈敏文 ,  杨晴来

downloadPDF
引用本文: 罗兴蕊, 陈敏文, 杨晴来. 近红外二区活体成像技术及其应用研究进展[J]. 化学学报, 2020, 78(5): 373-381. doi: 10.6023/A20020045 shu
Citation:  Luo Xingrui, Chen Minwen, Yang Qinglai. Research Progress on Near Infrared Ⅱ Technology for in Vivo Imaging[J]. Acta Chimica Sinica, 2020, 78(5): 373-381. doi: 10.6023/A20020045 shu

近红外二区活体成像技术及其应用研究进展

  • a.

    南华大学 肿瘤研究所 药物药理研究所 衡阳 421001

  • b.

    上海交通大学医学院附属仁济医院 分子医学研究院 上海 200127

  • c.

    深圳清华大学研究院 深圳 518057

    • 作者简介: 罗兴蕊, 本科毕业于南华大学, 现为南华大学与上海交通大学医学院附属仁济医院联合培养在读研究生, 目前的研究方向为有机合成, 具体从事含氟有机化合物的合成及活性测定, 有机荧光探针的合成及生物成像研究;
    陈敏文, 硕士毕业于南昌大学, 现为深圳清华大学研究院等离子体纳米生物芯片研发中心科研项目主管, 目前主要从事肿瘤生物标志物筛选和生物成像检测研究;
    杨晴来, 现为上海交通大学附属仁济医院副研究员, 硕士生导师.博士毕业于上海交通大学, 随后进入深圳清华大学研究院从事博士后研究.长期从事近红外二区有机分子探针, 核酸适配体-核素偶联物PET分子探针及生物成像研究;
    通讯作者: 陈敏文, E-mail: ncuedu@126.com; 杨晴来, E-mail: qingyu513@126.com
  • 基金项目:

    项目受国家自然科学基金（No.81801749）和深圳市基础研究项目（Nos.JCYJ20170307151634428，JCYJ20170817152825894）资助

摘要: 近红外二区（NIR Ⅱ，1000~1700 nm）生物成像作为近年来新生的光学成像技术，相对于传统的近红外一区（NIR Ⅰ，750~900 nm）和可见光（Vis，400~750 nm）成像，由于其荧光波长更长，生物组织的自发荧光背景更低，光子散射值更低，其组织穿透深度更深，该技术更适合于活体原位成像.本文综述了近红外二区荧光成像技术的发展及其在活体成像方面的应用，总结了各项技术的特点，最后对该研究方向的发展前景进行了展望，指出通过化学材料、光电仪器和多模态技术等多方面的持续发展，有望推动近红外二区活体成像技术的临床转化.

English

  • 1.   引言

    在众多的医学成像检测手段中, 如光学成像、正电子发射型计算机断层显像(PET)、计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像(PA)等成像手段[1~6], 光学成像具有无放射毒性、速度快、检测限低、分辨率高等优势[7~11].然而, 传统荧光成像技术存在一个显著的缺点是探测深度相对较低, 光子穿透能力受光子在生物组织的吸收以及散射影响, 荧光成像的噪音与背景一般来源于生物组织的自体荧光以及光子散射.由于光折射率在微观尺度上存在的不均一性, 生物组织体对光具有强散射性, 然而这些散射一般随着光的波长增长呈指数性衰减[12~14].相对于传统的可见光(400~750 nm)和近红外一区(NIR Ⅰ, 750~900 nm)荧光成像技术, 近红外二区(NIR Ⅱ, 1000~1700 nm)的发射波长更长, 可显著降低生物组织内光子的散射, 增强生物组织的光吸收, 使得穿透深度更深, 具有更高的时间和空间分辨率[15~17].铟镓砷(InGaAs)光探测器在900~1700 nm波长范围具有较好的探测灵敏度, 适合应用于近红外二区荧光成像.早在2003年就发现1320 nm处的荧光比近红外一区具有约100倍的信噪比优势, 但是由于没有合适的荧光染料限制了这一领域的发展[18]. 2009年戴宏杰等[16]发现碳纳米管(SWCNTs)在近红外二区具有一定的荧光强度且具有良好的生物相容性, 采用铟镓砷光探测器搭建了一套近红外二区活体成像系统, 开展了活体器官成像研究.

    近年来, 随着材料科学的快速发展, 比如碳纳米管[19, 20]、荧光量子点[21~23]、稀土金属[24~26]、共轭聚合物[27, 28]、小分子[29~31]等材料在近红外二区表现出的优异荧光性能, 推动了近红外二区荧光成像技术的快速发展.当然, 活体成像迫切需求的大深度、动态实时观测的高时空分辨率也对近红外二区成像仪器技术提出了新的要求.为了满足当前研究的需求, 在化学材料学科和物理光电学科技术的支撑下, 新的近红外二区成像仪器系统应运而生, 比如近期发展的近红外二区倒置显微镜[32]、共聚焦显微镜[33, 34]、多光子激发显微镜系统[35, 36]以及手术导航成像系统[37, 38]等.本文将综述近年来近红外二区荧光成像技术的发展及其在生物医学领域的应用, 对该研究方向的发展前景进行展望.

    2.   近红外二区宏观成像系统

    近红外二区宏观成像系统是最早商业化的具有900~1700 nm荧光波长探测范围的活体成像仪器.戴宏杰团队[16]以碳纳米管为近红外二区荧光染料, 采用808 nm激光器宽场照射激发, 以铟镓砷探测器为二维面探测接收荧光信号, 搭建了适用于活体成像研究的成像系统(图 1a).将碳纳米管注射至小鼠血管中[39], 采用此成像系统观测到了碳纳米管在血液循环系统中经过小鼠肺和肾, 随后进入脾和肝的过程(图 1b), 并采用“主成分分析(principal component analysis: PCA)”的数字视频图像处理技术获得了更高质量的器官分辨图像(图 1c), 此后, 该技术更多的应用于活体肿瘤成像研究[21, 30, 40~42].基于近红外二区在活体成像方面的优势, 在过去的十几年, 研究学者们致力于商品化近红外二区成像仪器的开发, 新开发的商品化活体成像仪器不仅具有宏观的活体成像功能, 还具备微米(μm)级别的显微成像功能.

    图 1

    图 1.  (a) 近红外二区荧光成像仪示意图; (b)碳纳米管在小鼠体内流经肺、肾、肝、脾等器官的活体成像图; (c)通过主成分分析法(PCA)分析处理的碳纳米管动态对比度增强的成像图[39].
    Figure 1.  (a) Schematic of NIR Ⅱ imaging setup. (b) NIR Ⅱ imaging of SWCNTs flowing through lung, kidney, liver and spleen. (c) Dynamic contrast-enhanced imaging with SWCNTs through PCA[39].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    3.   近红外二区显微成像系统

    3.1   显微成像系统

    在宏观成像技术的基础上引入具有放大显微功能的镜头, 成像视野可以达到几十微米的分辨率(图 2a)[43], 戴宏杰课题组[16]把碳纳米管注射进了小鼠体内首次实现了近红外二区的血管成像, 可以清晰地透过皮肤看到体内的一些血管(图 2b), 进一步可以在小鼠的肿瘤内看到单根的血管(图 2c).该技术在活体血管成像中得到了广泛的应用, 如对小鼠腿部血管、脑部血管的动态成像研究可以获得心跳速率、动静脉分布、血管堵塞、脑损伤血流灌注不足、血渗漏等信息[19, 31, 44~47].

    图 2

    图 2.  (a) 用于血管成像的近红外二区荧光成像仪示意图[43]; (b)小鼠背部皮肤血管近红外二区成像图[16]; (c)小鼠肿瘤血管近红外二区成像图[16].
    Figure 2.  (a) A schematic of the NIR Ⅱ imaging rig for vascular imaging[43]. (b) Intravital NIR Ⅱ vascular imaging of mouse back skin[16]. (c) Intravital NIR Ⅱ imaging of tumor vessels[16].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    3.2   共聚焦显微镜

    激光共聚焦显微镜以单色激光作为激发光源, 设置针孔光阑与探测物面共轭, 可在物面上构造单个像素点的聚焦点光源, 同时点光源通过垂直移动可聚焦于样品的不同深度, 与普通的场光源相比, 聚焦点光源还可避免邻近点衍射或光散射的干扰[48].传统的共聚焦显微镜在细胞、薄组织等生物样品成像中具有独特的优势, 然而其基于可见光或者近红外光的荧光发射波长较短, 在生物组织中的散射较大, 进而带来了光损耗大和激发光斑聚焦难的问题, 限制了其在大深度活体成像中的应用.基于共聚焦点光源可层扫描的优点, 戴宏杰课题组[49]在传统共聚焦显微镜光路扫描单元的基础上, 引入近红外激光器(808 nm, 980 nm, 1064 nm等波长), 近红外光电倍增管(PMT) (1000~1700 nm), 信号放大器等元件, 构建了一台适于近红外二区荧光活体成像的共聚焦显微镜系统(图 3a), 其在脑部组织[50]、脑部血管[51, 52]、卵巢组织[49]成像中展示了良好的性能, 如采用聚苯乙烯-聚乙二醇(PS-PEG)聚合物包裹荧光染料P-FE, 实现了在脑组织1.3 mm穿透深度下约10 μm的分辨率(图 3b)[51].

    图 3

    图 3.  (a) 近红外二区共聚焦显微镜系统的光学布局示意图[49]; (b)活体小鼠脑部血管的近红外二区共聚焦成像图[51].
    Figure 3.  (a) A simplified optical diagram of the stage-scanning NIR Ⅱ fluorescence confocal microscopy[49]. (b) NIR Ⅱ confocal imaging of brain blood vessels in living mice[51].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    3.3   转盘式共聚焦显微镜

    近红外二区共聚焦显微系统成像分辨率高, 但跟传统共聚焦显微镜系统一样, 采用逐点扫描方式扫描速度较慢导致成像迟缓, 近红外光电倍增管的光电转换效率较低, 需要采用较强功率的激发光会导致荧光漂白和样品光损伤, 不利于持续的动态成像监测过程.传统的转盘式共聚焦可以应对以上问题[53], 所以近红外二区转盘式共聚焦也成为了共聚焦显微镜系统的关注点. Zubkovs等[54]搭建了近红外二区转盘式共聚焦显微镜(图 4a), 其在物镜像平面上放置阿基米德螺旋针孔转盘, 激光扫描区域覆盖所有针孔范围.采用旋转转盘角度的方式, 使每个针孔扫描获取对应区域的信号, 以此来实现对样品的完整扫描, 这种多点同步的扫描方式可以大大提高采集速度, 同时以近红外二维相机取代光电倍增管使采集信号的量子效率得到了提高, 从而可以有效降低激发光强度对样品的光漂白和光损伤.该系统的纵向分辨率和横向分辨率分别可达(0.6±0.1) μm和(0.5±0.1) μm, 在叶绿体的共聚焦显微成像中显示带负电性的核酸修饰碳纳米管(DNA-SWCNTs)可聚集在叶绿体中(图 4b), z堆栈图像清晰的分辨率揭示了碳纳米管荧光在叶绿体中的分布不均匀性, 特别是在荧光值低的区域(图 4).

    图 4

    图 4.  (a) 近红外二区转盘式共聚焦显微镜及光学布局示意图[54, 55]; (b)修饰化的碳纳米管SWCNT的叶绿体中的分布成像图[54].
    Figure 4.  (a) An image and optical layout of the confocal spinning-disc NIR Ⅱ microscope[54, 55]. (b) Internalization of functionalized SWCNTs in a chloroplast[54].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    3.4   多光子激发荧光扫描显微镜

    多光子共聚焦显微镜是结合了传统共聚焦显微镜和多光子激发技术的一种新技术.由于多光子激发时所采用的飞秒激光波长较单子光波长更长, 它在生物组织中的光散射更小, 可获得更深的穿透深度和光聚焦能力, 进而实现更深度的高分辨成像[28, 56~61].钱骏等[35, 62]以传统的扫描显微镜为基础光学系统, 结合具有近红外一区和近红外二区响应的光电倍增管、近红外增透大口径光纤、大口径近红外增透光纤准直器, 引入近红外二区飞秒脉冲激光作为激发光源, 采用滤光片截取近红外一区或者近红外二区波段的荧光探测信号, 开发出了一套近红外二区双光子激发荧光扫描显微镜成像系统(Two-Photon Fluorescence Microscopy: TPFM)(图 5a).以聚集诱导发光材料TQ-BPN为双光子激发染料, 采用1300 nm飞秒激光器激发, 收集700~1000 nm的荧光对小鼠脑部血管成像的穿透深度可达约1.1 mm, 分辨率可达约5 μm(图 5b).

    图 5

    图 5.  (a) 近红外二区双光子激发荧光扫描显微镜系统的光学布局示意图; (b)小鼠大脑内部不同深度血管的近红外二区双光子荧光成像图[62].
    Figure 5.  (a) Schematic illustration of the setup for NIR Ⅱ TPFM imaging system (b) In vivo NIR Ⅱ TPFM images of mouse brain at different depths[62].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    3.5   光片显微镜

    光片显微镜(light sheet microscopy: LSM)是一种新型的高分辨显微技术[63~65], “光片”是指所采用的激发光是一层薄薄的光片, 其与样品作用的激发面如同组织切片一样, 同时采用探测光路与照射光路的垂直设置来收集激发片层的荧光信号, 片层的上下部分不受激发光影响, 因此可以避免整个样品的光漂白[66].成像过程中转动样品或者移动光路, 这样光片能从x, y, z轴方向激发样品以获得完整的三维(3D)成像.传统的光片显微镜由于受短波长光子散射的影响, 其光片层的轴向分辨率会受到影响, 其要求样品的光散射值较低, 或者通过缩短成像视场来增加轴向分辨率, 所以传统的光片显微镜大致可以达到细胞水平的分辨率, 无法实现活体动物的深层三维高分辨率成像.近红外二区光波具有生物组织光散射低的特点, 利用这一优势, 戴宏杰课题组[67]在传统光片显微镜光路的基础上开发了一套近红外二区光片显微镜系统, 采用有机荧光团p-FE和PbS/CdS量子点为荧光染料, 分别以658 nm, 785 nm和1319 nm的激光激发, 通过滤光片可以分别截取850~1000 nm, 1100~1200 nm和1500~1700 nm的近红外一区和近红外二区的荧光波段(图 6a).采用荧光团p-FE对血管进行染色, 靶向配体修饰的稀土金属Er和量子点PbS/CdS对探测靶标进行染色, 以正常垂直或倾斜垂直的照射光路与探测光路(图 6b)实现了活体小鼠组织的高分辨成像, 揭示了活体肿瘤血管微循环中的异常血流方向(图 6b), T细胞运动轨迹(图 6c), 以及绘制了活体肿瘤组织中靶向程序性死亡配体(PD-L1)和程序性细胞死亡蛋白(PD-1)结合过程的三维成像图, 其可以达到细胞分辨率级别(图 6d).通过完整的小鼠头部三维成像, 可分辨大脑皮层和头颅之间的血管通道, 动态揭示了创伤性脑损伤部位募集小胶质细胞和巨噬细胞的过程.

    图 6

    图 6.  (a) 近红外二区光片显微系统的光学布局示意图; 活体小鼠肿瘤部位的显微成像图: (b)肿瘤血管微循环中的异常血流方向; (c)肿瘤微循环中的T细胞运动轨迹, (d)靶向程序性死亡配体(PD-L1)和程序性细胞死亡蛋白(PD-1)结合过程三维成像图[67].
    Figure 6.  (a) The optical layout of NIR Ⅱ LSM. Non-invasive in vivo NIR Ⅱ LSM of tumors on mice: (b) Abnormal blood flow direction in tumor microcirculation, (c) T cell trajectory locus in tumor microcirculation, and (d) 3D imaging of the programmed binding process between PD-L1 and PD-1[67].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    4.   近红外二区荧光寿命成像系统

    荧光寿命是指荧光分子受到激发后从激发态回到基态之前激发态维持的时间, 通常荧光发射后会以指数形式衰减, 荧光强度降低至最大值的1/e所需的时间t定义为荧光寿命, 它是荧光染料的固有属性, 与光漂白、浓度、荧光强度都无关.在荧光成像中荧光强度往往受不同组织成分光散射和光吸收性质差异的影响, 基于荧光强度的比率型分析很难实现复杂成分样品的荧光定量分析, 采用荧光寿命定量是复杂样品光学定量中较为准确可靠的方法之一[68, 69].传统波长范围的荧光寿命显微镜(Fluorescence lifetime imaging microscope: FLIM)是研究细胞内定量环境和分子动力学的强有力工具[70], 近红外二区波段同样面临着荧光强度定量分析受组织光散射差异等因素的影响, 近红外二区成像技术与传统的荧光寿命显微技术相结合可以实现大深度活体成像中的定量分析.钱骏等[33, 52]在传统荧光寿命显微镜技术的基础上, 引入近红外飞秒激光器、近红外增透物镜、近红外大口径光纤等, 基于时间相关单光子计数(TCSPC)技术理论, 搭建了一套近红外二区荧光寿命显微镜系统(图 7a).近红外二区光电倍增管收集荧光, 转换成电信号, 电信号由信号放大器放大后转换成电计数信号输入TCSPC计数板卡系统(图 7a), 收集每一个荧光光子的时间信息(t)和像素点信息(x, y), t表明光子的时间位置, 光子按时间分布累积可拟合出荧光衰减曲线, 获得每个像素点上的荧光寿命, 像素点上累积的光子数能表征该像素点的总体光强度, 于是通过荧光寿命和像素点信息可以构建出类似荧光强度的成像图.采用荧光探针TB1@PEG2000, 探测1000~1700 nm荧光波段光子, 获得了荧光探针的寿命图像, 其在体外玻璃管中的荧光寿命为1 ns, 在活体血管中的荧光寿命为1.5 ns(图 7b).

    图 7

    图 7.  (a) 近红外二区荧光寿命共聚焦显微镜系统的光学布局示意图; (b)玻璃毛细管和脑血管中荧光探针TB1的荧光寿命成像图及其箭头标记处的荧光衰减曲线图[52].
    Figure 7.  (a) A simplified optical diagram of confocal NIR Ⅱ FLIM imaging system. (b) NIR Ⅱ FLIM images of the glass capillary tube and cerebral vessels inject with TB1 dots, and their fluorescence decay curves measured at the arrow[52].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    基于近红外二区荧光寿命成像的优势, 张凡课题组[71]采用能量延迟方法和发光离子浓度可调控的方法, 设计了具有三个数量级别荧光寿命精确可调的近红外二区稀土纳米探针, 采用不同的靶向配体分别对其进行修饰, 对乳腺癌肿瘤标记物进行了精准的定量成像诊断, 其对肿瘤标志物的定量数据与免疫印迹法、组织化学法的测试结果高度一致(图 8).

    图 8

    图 8.  (a) 具有三种不同数量级荧光寿命值的稀土纳米探针及其小鼠实验过程示意图; (b) MCF-7和BT-474乳腺癌肿瘤中不同标志物的荧光寿命、免疫印迹法、免疫组化定量检测结果[71].
    Figure 8.  (a) Rare earth nanoprobe with three different orders of fluorescence lifetime and schematics illustrating animal experiment procedures. (b) MCF-7 and BT-474 tumor markers quantitative results test by lifetime-resolved images, western blot and immunohistochemistry assay[71].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    5.   近红外二区手术导航系统

    外科手术是肿瘤最有效的治疗方法之一, 手术中微小肿瘤和转移病灶的切除是减少肿瘤复发的有效途径.当前肿瘤外科医生采用的常用方法是肉眼观察, 用手触摸的经验判断, 也有快速病理切片检查, 术中超声, 光学成像等辅助手段, 但都难以满足术中微小肿瘤病灶的全面探测需求.近红外荧光染料吲哚菁绿(ICG)是FDA批准的可用于临床手术导航的探针分子[72], ICG介导的近红外荧光成像技术能够在肿瘤切除过程中协助医生发现遗留微小肿瘤病灶[73, 74].基于近红外二区成像的鲜明技术特点, 其在外科肿瘤手术导航中具有很好的应用前景.科研工作者在动物肿瘤模型和肿瘤转移模型中进行了大量的近红外二区手术导航研究, 如戴宏杰、程震、洪学传、陈小元等报道的有机荧光分子染料介导的肿瘤及淋巴切除手术[29, 75~77], 张凡等[78]报道的活体内自组装稀土纳米探针用于增强卵巢癌转移灶信号的手术导航, 王强斌等[79]报道的硫化银量子点纳米探针用于腹膜转移肿瘤的手术导航, 然而由于在近红外二区成像技术发展以来还未有通过临床批准的近红外二区荧光染料报道, 所以还未见新探针应用于近红外二区临床手术导航.

    近年来研究发现通过FDA批准近红外一区染料吲哚菁绿(ICG)和亚甲基蓝(MB)荧光波段的末端尾部可以延伸至近红外二区波段[42, 80, 81], 这促进了近红外二区成像技术应用于临床手术导航的临床转化, 钱骏等[82]报道的亚甲基蓝可用于泌尿系统的成像研究, 程震等[83]报道的采用ICG近红外二区荧光介导的内窥镜探测结肠癌研究.基于上述FDA已批准的吲哚菁绿具有近红外二区尾部荧光及其在动物模型中近红外二区成像的良好效果, 这些发现为近红外二区手术导航的临床转化铺平了道路.田捷、Gambhir、程震等开发了一种集成可见光和近红外一区/二区光波的近红外荧光手术成像系统(图 9)[37, 84].该系统采用白光相机采集白光图像, 近红外一区荧光相机采集近红外一区荧光图像, 近红外二区荧光相机采集近红外二区荧光图像, 中央控制模块分别与所述光源模块和光信息采集模块相连, 将光信息采集模块所采集图像进行去噪、增强等预处理再通过中央控制模块的图像处理单元将图像进行伪色彩映射, 得到手术区域的近红外一区伪色彩叠加图像和近红外二区伪色彩叠加图像, 用于荧光成像手术导航.采用该成像系统首次进行了23例肝癌患者的临床手术导航, 充分体现了近红外二区成像手术导航的临床应用潜力.

    图 9

    图 9.  用于临床应用研究的可见光/近红外一区/近红外二区多光谱成像仪及其采用吲哚菁绿ICG作为荧光染料介导的肝癌外科切除手术导航示意图[84].
    Figure 9.  Schematics illustrating visible and NIR Ⅰ/Ⅱ multispectral imaging instrument and their descriptions of hepatocellular carcinoma surgery navigation in clinical applications[84].
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    6.   总结与展望

    近三年来近红外二区成像技术得到了快速的发展, 这要归因于已有成熟的传统荧光成像仪器技术和快速发展的近红外二区荧光探针技术.近红外二区活体成像研究也取得了丰硕的成果, 实现了从宏观的活体器官成像、肿瘤成像到微米级别的活体血管、淋巴、细胞的成像, 从动物模型肿瘤外科手术导航研究到临床手术导航的突破.然而, 该领域的发展仍处于上升阶段, 以现有传统的荧光成像手段进行改进至近红外二区, 每一种仪器技术都有各自的特点:普通近红外二区显微镜采用场扫描方式, 其扫描速度快, 成像速度快, 但分辨率较低; 近红外二区共聚焦显微镜采用点扫描方式, 分辨率高但成像速度慢, 且持续光激发会带来光漂白作用; 近红外二区转盘式共聚焦可以提高扫描速度和降低光漂白作用, 但要到达高的分辨率需要对接收信号的相机读取速率提出更高的要求; 近红外二区多光子激发显微镜激发波长的延长可以降低光散射并提高穿透深度, 但多光子的信号很弱, 采集速度慢, 不适合对大体积样品进行动态成像; 近红外二区光片显微镜采用光片激发, 具有可避免上下层样品光损伤光漂白的作用, 以及扫描速度快的优点, 但激发光需采用垂直和水平的狭缝裁剪来生成高斯层状光片, 这个过程会降低激发光的传输效率, 以及高斯层状光片厚度的不均一性会影响三维成像的荧光定量精度; 近红外二区荧光寿命不受组织散射和光吸收的影响, 信号稳定可以用于荧光定量, 但荧光寿命受环境极性、温度、粘度、离子束缚等条件影响.

    当前化学材料科学, 生物临床应用与近红外二区成像技术开发存在着相互促进的关系, 近红外二区成像技术的发展在以下几个方面值得更多的关注和投入. ①手术导航是近红外二区荧光成像临床转化的捷径之一, 分子探针作为手术导航的重要技术支撑, 通过实时的探针信号以最直观的影像信息判断病灶部位, 在提高手术切除率的同时对正常组织的损伤降到最低.然而, 当前受限于临床批准近红外二区荧光探针[42], 仅限于ICG拖尾近红外二区荧光介导的手术导航[84], 以临床应用为导向、临床标准为目标开发高性能近红外二区荧光探针是突破探针技术瓶颈促进近红外二区成像技术临床转化的重要推动力. ②近红外二区荧光成像与其他成像手段的结合, 发展多模态成像技术可以实现优势互补[75, 85], 更加适合探究生物机理变化和临床应用转化. ③现有技术条件下研究发现更长波长的1800 nm, 2200~2300 nm窗口可能实现更佳的光学成像效果[86~88], 化学材料和光电仪器学科的进一步发展, 更长波长窗口荧光探针和成像仪器的开发是近红外二区成像技术的进一步拓展.


    1. [1]

      Zanzonico, P. B. Health Phys. 2019, 116, 135. doi: 10.1097/HP.0000000000001038

    2. [2]

      Grespan, L.; Fiorini, P.; Colucci, G. In The Route to Patient Safety in Robotic Surgery. Springer Tracts in Advanced Robotics, Springer, Cham, Switzerland, 2019, Vol. 126, p. 81.

    3. [3]

      Weissleder, R. Nat. Biotechnol. 2001, 19, 316. doi: 10.1038/86684

    4. [4]

      夏雷, 程震, 朱华, 杨志, 化学学报, 2019, 77, 172. doi: 10.6023/A18090410Xia, L.; Cheng, Z.; Zhu, H.; Yang, Z. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 172(in Chinese). doi: 10.6023/A18090410

    5. [5]

      张燕, 王忠龙, 陶钰, 徐徐, 方华, 王石发, 有机化学, 2018, 38, 2693. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201810018.htmZhang, Y.; Wang, Z. L.; Tao, Y.; Xu, X.; Fang, H.; Wang, S. F. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 2693(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201810018.htm

    6. [6]

      张燕燕, 武明豪, 武明杰, 国林沛, 曹琳, 吴虹仪, 张雪宁, 化学学报, 2018, 76, 709. doi: 10.6023/A18060225Zhang, Y. Y.; Wu, M. H.; Wu, M. J.; Guo, L. P.; Cao, L.; Wu, H. Y.; Zhang, X. N. Acta Chim. Sinica 2018, 76, 709(in Chinese). doi: 10.6023/A18060225

    7. [7]

      Frangioni, J. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 626. doi: 10.1016/j.cbpa.2003.08.007

    8. [8]

      Rao, J.; Dragulescu-Andrasi, A.; Yao, H. Curr. Opin. Biotechnol. 2007, 18, 17. doi: 10.1016/j.copbio.2007.01.003

    9. [9]

      后际挺, 李坤, 覃彩芹, 余孝其, 有机化学, 2018, 38, 612. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201803007.htmHou, J. T.; Li, K.; Qin, C. Q.; Yu, X. Q. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 612(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201803007.htm

    10. [10]

      杨立敏, 刘波, 李娜, 唐波, 化学学报, 2017, 75, 1047. doi: 10.6023/A17080353Yang, L. M.; Liu, B.; Li, N.; Tang, B. Acta Chim. Sinica 2017, 75, 1047(in Chinese). doi: 10.6023/A17080353

    11. [11]

      纪光, 闫路林, 王慧, 马莲, 徐斌, 田文晶, 化学学报, 2016, 74, 917. doi: 10.6023/A16080430Ji, G.; Yan, L. L.; Wang, H.; Ma, L.; Xu, B.; Tian, W. J. Acta Chim. Sinica 2016, 74, 917(in Chinese). doi: 10.6023/A16080430

    12. [12]

      Pansare, V. J.; Hejazi, S.; Faenza, W. J.; Prud'homme, R. K. Chem. Mater. 2012, 24, 812. doi: 10.1021/cm2028367

    13. [13]

      Ntziachristos, V. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2006, 8, 1. doi: 10.1146/annurev.bioeng.8.061505.095831

    14. [14]

      Monici, M. Biotechnol. Ann. Rev. 2005, 11, 227. doi: 10.1016/S1387-2656(05)11007-2

    15. [15]

      Diao, S.; Hong, G.; Antaris, A. L.; Blackburn, J. L.; Cheng, K.; Cheng, Z.; Dai, H. Nano Res. 2015, 8, 3027. doi: 10.1007/s12274-015-0808-9

    16. [16]

      Welsher, K.; Liu, Z.; Sherlock, S. P.; Robinson, J. T.; Chen, Z.; Daranciang, D.; Dai, H. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 773. doi: 10.1038/nnano.2009.294

    17. [17]

      Smith, A. M.; Mancini, M. C.; Nie, S. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 710. doi: 10.1038/nnano.2009.326

    18. [18]

      Lim, Y. T.; Kim, S.; Nakayama, A.; Stott, N. E.; Bawendi, M. G.; Frangioni, J. V. Mol. Imaging 2003, 2, 50. doi: 10.1162/153535003765276282

    19. [19]

      Hong, G.; Lee, J. C.; Robinson, J. T.; Raaz, U.; Xie, L.; Huang, N. F.; Cooke, J. P.; Dai, H. Nat. Med. 2012, 18, 1841. doi: 10.1038/nm.2995

    20. [20]

      Dang, X.; Gu, L.; Qi, J.; Correa, S.; Zhang, G.; Belcher, A. M.; Hammond, P. T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113, 5179. doi: 10.1073/pnas.1521175113

    21. [21]

      Hong, G.; Robinson, J. T.; Zhang, Y.; Diao, S.; Antaris, A. L.; Wang, Q.; Dai, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 124, 9956. doi: 10.1002/ange.201206059

    22. [22]

      Dong, B.; Li, C.; Chen, G.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Deng, M.; Wang, Q. Chem. Mater. 2013, 25, 2503. doi: 10.1021/cm400812v

    23. [23]

      徐毅, 赵彦, 张叶俊, 崔之芬, 王丽华, 樊春海, 高基民, 孙艳红, 化学学报, 2018, 76, 393. doi: 10.6023/A18010039Xu, Y.; Zhao, Y.; Zhang, Y. J.; Cui, Z. F.; Wang, L. H.; Fan, C. H.; Gao, J. M.; Sun, Y. H. Acta Chim. Sinica 2018, 76, 393(in Chinese). doi: 10.6023/A18010039

    24. [24]

      Naczynski, D. J.; Tan, M. C.; Zevon, M.; Wall, B.; Kohl, J.; Kulesa, A.; Chen, S.; Roth, C. M.; Riman, R. E.; Moghe, P. V. Nat. Commun. 2013, 4, 1.

    25. [25]

      Wang, R.; Zhou, L.; Wang, W.; Li, X.; Zhang, F. Nat. Commun. 2017, 8, 1. doi: 10.1038/s41467-016-0009-6

    26. [26]

      熊麟, 凡勇, 张凡, 化学学报, 2019, 77, 1239. doi: 10.11862/CJIC.2019.159Xiong, L.; Fan, Y.; Zhang, F. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 1239(in Chinese). doi: 10.11862/CJIC.2019.159

    27. [27]

      Hong, G.; Zou, Y.; Antaris, A. L.; Diao, S.; Wu, D.; Cheng, K.; Zhang, X.; Chen, C.; Liu, B.; He, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4206. doi: 10.1038/ncomms5206

    28. [28]

      Wang, S.; Liu, J.; Feng, G.; Ng, L. G.; Liu, B. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1808365. doi: 10.1002/adfm.201808365

    29. [29]

      Antaris, A. L.; Chen, H.; Cheng, K.; Sun, Y.; Hong, G.; Qu, C.; Diao, S.; Deng, Z.; Hu, X.; Zhang, B.; Zhang, X.; Yaghi, O. K.; Alamparambil, Z. R.; Hong, X.; Cheng, Z.; Dai, H. Nat. Mater. 2016, 15, 235. doi: 10.1038/nmat4476

    30. [30]

      Yang, Q.; Ma, Z.; Wang, H.; Zhou, B.; Zhu, S.; Zhong, Y.; Wang, J.; Wan, H.; Antaris, A.; Ma, R. Adv. Mater. 2017, 29, 1605497. doi: 10.1002/adma.201605497

    31. [31]

      Yang, Q.; Hu, Z.; Zhu, S.; Ma, R.; Ma, H.; Ma, Z.; Wan, H.; Zhu, T.; Jiang, Z.; Liu, W. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 1715. doi: 10.1021/jacs.7b10334

    32. [32]

      孙国凤, 刘莉丽, CN207123651U, 2018.Sun, G. F.; Liu, L. L. CN207123651U, 2018 (in Chinese).

    33. [33]

      钱骏, 虞文斌, 周静, CN109324026A, 2019.Qian, J.; Yu, W. B.; Zhou, J. CN109324026A, 2019 (in Chinese).

    34. [34]

      钱骏, 虞文斌, 张鹤群, CN108414442A, 2018.Qian, J.; Yu, W. B.; Zang, H. Q. CN108414442A, 2018 (in Chinese).

    35. [35]

      钱骏, 虞文斌, 张鹤群, CN108982443A, 2018.Qian, J.; Yu, W. B.; Zang, H. Q. CN108982443A, 2018 (in Chinese).

    36. [36]

      钱骏, 虞文斌, CN108982445A, 2018.Qian, J.; Yu, W. B. CN108982445A, 2018(in Chinese).

    37. [37]

      田捷, 胡振华, 曹财广, 张泽宇, 蔡美山, CN109480776A, 2019.Tian, J.; Hu, Z. H.; Cao, C. G.; Zhang, Z. Y.; Cai, M. S. CN109480776A, 2019 (in Chinese).

    38. [38]

      张朝晖, 程瑛, 陈浩, CN108833883A, 2018.Zhang, Z. H.; Cheng, Y.; Chen, H. CN108833883A, 2018 (in Chinese).

    39. [39]

      Welsher, K.; Sherlock, S. P.; Dai, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 8943. doi: 10.1073/pnas.1014501108

    40. [40]

      Wang, W.; Ma, Z.; Zhu, S.; Wan, H.; Yue, J.; Ma, H.; Ma, R.; Yang, Q.; Wang, Z.; Li, Q. Adv. Mater. 2018, 30, 1800106. doi: 10.1002/adma.201800106

    41. [41]

      Wan, H.; Ma, H.; Zhu, S.; Wang, F.; Tian, Y.; Ma, R.; Yang, Q.; Hu, Z.; Zhu, T.; Wang, W. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804956. doi: 10.1002/adfm.201804956

    42. [42]

      Zhu, S.; Hu, Z.; Tian, R.; Yung, B. C.; Yang, Q.; Zhao, S.; Kiesewetter, D. O.; Niu, G.; Sun, H.; Antaris, A. L. Adv. Mater. 2018, 30, 1802546. doi: 10.1002/adma.201802546

    43. [43]

      Hong, G.; Diao, S.; Chang, J.; Antaris, A. L.; Chen, C.; Zhang, B.; Zhao, S.; Atochin, D. N.; Huang, P. L.; Andreasson, K. I. Nat. Photon. 2014, 8, 723. doi: 10.1038/nphoton.2014.166

    44. [44]

      Hong, G.; Lee, J. C.; Jha, A.; Diao, S.; Nakayama, K. H.; Hou, L.; Doyle, T. C.; Robinson, J. T.; Antaris, A. L.; Dai, H.; Cooke, J. P.; Huang, N. F. Circ. Cardiovasc. Imag. 2014, 7, 517. doi: 10.1161/CIRCIMAGING.113.000305

    45. [45]

      Diao, S.; Hong, G.; Robinson, J. T.; Jiao, L.; Antaris, A. L.; Wu, J. Z.; Choi, C. L.; Dai, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16971. doi: 10.1021/ja307966u

    46. [46]

      Zhang, X. D.; Wang, H.; Antaris, A. L.; Li, L.; Diao, S.; Ma, R.; Nguyen, A.; Hong, G.; Ma, Z.; Wang, J. Adv. Mater. 2016, 28, 6872. doi: 10.1002/adma.201600706

    47. [47]

      Tao, Z.; Hong, G.; Shinji, C.; Chen, C.; Diao, S.; Antaris, A. L.; Zhang, B.; Zou, Y.; Dai, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 125, 13240. doi: 10.1002/ange.201307346

    48. [48]

      In Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics, Ed.: Li, D., Springer, New York, 2015, p. 473.

    49. [49]

      Zhu, S.; Herraiz, S.; Yue, J.; Zhang, M.; Wan, H.; Yang, Q.; Ma, Z.; Wang, Y.; He, J.; Antaris, A. L.; Zhong, Y.; Diao, S.; Feng, Y.; Zhou, Y.; Yu, K.; Hong, G.; Liang, Y.; Hsueh, A. J.; Dai, H. Adv. Mater. 2018, 30, 1705799. doi: 10.1002/adma.201705799

    50. [50]

      Zhu, S.; Yang, Q.; Antaris, A. L.; Yue, J.; Ma, Z.; Wang, H.; Huang, W.; Wan, H.; Wang, J.; Diao, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2017, 114, 962. doi: 10.1073/pnas.1617990114

    51. [51]

      Wan, H.; Yue, J.; Zhu, S.; Uno, T.; Zhang, X.; Yang, Q.; Yu, K.; Hong, G.; Wang, J.; Li, L. Nat. Commun. 2018, 9, 1171. doi: 10.1038/s41467-018-03505-4

    52. [52]

      Yu, W.; Guo, B.; Zhang, H.; Zhou, J.; Yu, X.; Zhu, L.; Xue, D.; Liu, W.; Sun, X.; Qian, J. Sci. Bull. 2019, 64, 410. doi: 10.1016/j.scib.2019.02.019

    53. [53]

      Wang, E.; Babbey, C.; Dunn, K. W. J. Microsc. 2005, 218, 148. doi: 10.1111/j.1365-2818.2005.01473.x

    54. [54]

      Zubkovs, V.; Antonucci, A.; Schuergers, N.; Lambert, B.; Latini, A.; Ceccarelli, R.; Santinelli, A.; Rogov, A.; Ciepielewski, D.; Boghossian, A. A. Sci. Rep. 2018, 8, 1. doi: 10.1038/s41598-017-17765-5

    55. [55]

      Education in Microscopy and Digital Imaging. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/spinningdisk/introduction.html

    56. [56]

      Albert, O.; Sherman, L.; Mourou, G.; Norris, T. V.; Vdovin, G. Opt. Lett. 2000, 25, 52. doi: 10.1364/OL.25.000052

    57. [57]

      Masters, B. R.; So, P. T. Opt. Express. 2001, 8, 2. doi: 10.1364/OE.8.000002

    58. [58]

      Wang, S.; Liu, J.; Goh, C. C.; Ng, L. G.; Liu, B. Adv. Mater. 2019, 31, 1904447. doi: 10.1002/adma.201904447

    59. [59]

      黄池宝, 陈会, 李福琴, 安思雅, 有机化学, 2019, 39, 2467. http://www.cqvip.com/QK/93463X/201909/7003056364.htmlHuang, C. B.; Chen, H.; Li, F. Q.; An, S. Y. Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 2467(in Chinese). http://www.cqvip.com/QK/93463X/201909/7003056364.html

    60. [60]

      王晓芬, 魏超, 李雪艳, 郑雪阳, 耿晓维, 张平竹, 李小六, 有机化学, 2019, 39, 469. http://www.cqvip.com/QK/93463X/20192/6100305327.htmlWang, X. F.; Wei, C.; Li, X. Y.; Zheng, X. Y.; Geng, X. W.; Zhang, P. Z.; Li, X. L. Chin. J. Org. Chem. 2019, 39, 469(in Chinese). http://www.cqvip.com/QK/93463X/20192/6100305327.html

    61. [61]

      谢振达, 付曼琳, 尹彪, 朱勍, 有机化学, 2018, 38, 1364. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201806009.htmXie, Z. D.; Fu, M. L.; Yin, B.; Zhu, Q. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 1364(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YJHU201806009.htm

    62. [62]

      Qi, J.; Sun, C.; Li, D.; Zhang, H.; Yu, W.; Zebibula, A.; Lam, J. W.; Xi, W.; Zhu, L.; Cai, F.; Wei, P.; Zhu, C.; Lina, L. R.; Prevedel, R. J.; Qian, J.; Tang, B. Z. ACS Nano 2018, 12, 7936. doi: 10.1021/acsnano.8b02452

    63. [63]

      Voie, A. H.; Burns, D.; Spelman, F. J. Microsc. 1993, 170, 229. doi: 10.1111/j.1365-2818.1993.tb03346.x

    64. [64]

      Huisken, J.; Swoger, J.; Del Bene, F.; Wittbrodt, J.; Stelzer, E. H. Science 2004, 305, 1007. doi: 10.1126/science.1100035

    65. [65]

      Ten years of Methods. Nat. Methods 2014, 11, 1000. doi: 10.1038/nmeth1014-1000

    66. [66]

      Huisken, J.; Stainier, D. Y. Development 2009, 136, 1963. doi: 10.1242/dev.022426

    67. [67]

      Wang, F.; Wan, H.; Ma, Z.; Zhong, Y.; Sun, Q.; Tian, Y.; Qu, L.; Du, H.; Zhang, M.; Li, L.; Ma, H.; Luo, J.; Liang, Y.; Li, W. J.; Hong, G.; Liu, L.; Dai, H. Nat. Methods 2019, 16, 545. doi: 10.1038/s41592-019-0398-7

    68. [68]

      van Munster, E. B.; Gadella, T. W. J. Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM), Vol. 95., Ed.: Rietdorf, J., Springer, Heidelberg, Berlin, 2005, p. 143.

    69. [69]

      Gadella Jr., T. W.; Jovin, T. M.; Clegg, R. M. Biophys. Chem. 1993, 48, 221. doi: 10.1016/0301-4622(93)85012-7

    70. [70]

      Bastiaens, P. I.; Squire, A. Trends Cell Biol. 1999, 9, 48. doi: 10.1016/S0962-8924(98)01410-X

    71. [71]

      Fan, Y.; Wang, P.; Lu, Y.; Wang, R.; Zhou, L.; Zheng, X.; Li, X.; Piper, J. A.; Zhang, F. Nat. Nanotech. 2018, 13, 941. doi: 10.1038/s41565-018-0221-0

    72. [72]

      Boni, L.; David, G.; Mangano, A.; Dionigi, G.; Rausei, S.; Spampatti, S.; Cassinotti, E.; Fingerhut, A. Surg. Endosc. 2015, 29, 2046. doi: 10.1007/s00464-014-3895-x

    73. [73]

      Polom, K.; Murawa, D.; Rho, Y.; Nowaczyk, P.; Hünerbein, M.; Murawa, P. Cancer 2011, 117, 4812. doi: 10.1002/cncr.26087

    74. [74]

      Zhang, Y.-M.; Shi, R.; Hou, J.-C.; Liu, Z.-R.; Cui, Z.-L.; Li, Y.; Wu, D.; Shi, Y.; Shen, Z.-Y. J. Cancer Res. Clin. Oncol. 2017, 143, 51. doi: 10.1007/s00432-016-2267-4

    75. [75]

      Sun, Y.; Zeng, X.; Xiao, Y.; Liu, C.; Zhu, H.; Zhou, H.; Chen, Z.; Xu, F.; Wang, J.; Zhu, M. J.; Wu, M.; Tian, Zhang, H.; Deng, Z.; Cheng, Z.; Hong, X. Chem. Sci. 2018, 9, 2092. doi: 10.1039/C7SC04774F

    76. [76]

      Tian, R.; Ma, H.; Yang, Q.; Wan, H.; Zhu, S.; Chandra, S.; Sun, H.; Kiesewetter, D. O.; Niu, G.; Liang, Y.; Chen, X. Chem. Sci. 2019, 10, 326. doi: 10.1039/C8SC03751E

    77. [77]

      Kurbegovic, S.; Juhl, K.; Chen, H.; Qu, C.; Ding, B.; Leth, J. M.; Drzewiecki, K. T.; Kjaer, A.; Cheng, Z. Bioconjugate Chem. 2018, 29, 3833. doi: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00669

    78. [78]

      Wang, P.; Fan, Y.; Lu, L.; Liu, L.; Fan, L.; Zhao, M.; Xie, Y.; Xu, C.; Zhang, F. Nat. Commun. 2018, 9, 1. doi: 10.1038/s41467-017-02088-w

    79. [79]

      Wen, Q.; Zhang, Y.; Li, C.; Ling, S.; Yang, X.; Chen, G.; Yang, Y.; Wang, Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 131, 11117. doi: 10.1002/ange.201905643

    80. [80]

      Carr, J. A.; Franke, D.; Caram, J. R.; Perkinson, C. F.; Saif, M.; Askoxylakis, V.; Datta, M.; Fukumura, D.; Jain, R. K.; Bawendi, M. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2018, 115, 4465. doi: 10.1073/pnas.1718917115

    81. [81]

      Yu, X.; Feng, Z.; Cai, Z.; Jiang, M.; Xue, D.; Zhu, L.; Zhang, Y.; Liu, J.; Que, B.; Yang, W. J. Mater. Chem. B 2019, 7, 6623. doi: 10.1039/C9TB01381D

    82. [82]

      Xue, D.; Wu, D.; Lu, Z.; Zebibula, A.; Feng, Z.; Qian, J.; Li, G. bioRxiv 2020.

    83. [83]

      Suo, Y.; Wu, F.; Xu, P.; Shi, H.; Wang, T.; Liu, H.; Cheng, Z. Adv. Healthc. Mater. 2019, 8, 1900974. doi: 10.1002/adhm.201900974

    84. [84]

      Hu, Z.; Fang, C.; Li, B.; Zhang, Z.; Cao, C.; Cai, M.; Su, S.; Sun, X.; Shi, X.; Li, C.; Zhou, T.; Zhang, Y.; Chi, C.; He, P.; Xia, X.; Chen, Y.; Gambhir, S. S.; Cheng, Z.; Tian, J. Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 259. doi: 10.1038/s41551-019-0494-0

    85. [85]

      He, S.; Song, J.; Qu, J.; Cheng, Z. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 4258. doi: 10.1039/C8CS00234G

    86. [86]

      Filatova, S. A.; Shcherbakov, I. A.; Tsvetkov, V. B. J. Biomed. Opt. 2017, 22, 035009. doi: 10.1117/1.JBO.22.3.035009

    87. [87]

      Patel, K. D. M.S. Thesis, Rutgers University, New Jersey, 2017.

    88. [88]

      Golovynskyi, S.; Golovynska, I.; Stepanova, L. I.; Datsenko, O. I.; Liu, L.; Qu, J.; Ohulchanskyy, T. Y. J. Biophotonics 2018, 11, e201800141. doi: 10.1002/jbio.201800141

  • 图 1  (a) 近红外二区荧光成像仪示意图; (b)碳纳米管在小鼠体内流经肺、肾、肝、脾等器官的活体成像图; (c)通过主成分分析法(PCA)分析处理的碳纳米管动态对比度增强的成像图[39].

    Figure 1  (a) Schematic of NIR Ⅱ imaging setup. (b) NIR Ⅱ imaging of SWCNTs flowing through lung, kidney, liver and spleen. (c) Dynamic contrast-enhanced imaging with SWCNTs through PCA[39].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 2  (a) 用于血管成像的近红外二区荧光成像仪示意图[43]; (b)小鼠背部皮肤血管近红外二区成像图[16]; (c)小鼠肿瘤血管近红外二区成像图[16].

    Figure 2  (a) A schematic of the NIR Ⅱ imaging rig for vascular imaging[43]. (b) Intravital NIR Ⅱ vascular imaging of mouse back skin[16]. (c) Intravital NIR Ⅱ imaging of tumor vessels[16].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 3  (a) 近红外二区共聚焦显微镜系统的光学布局示意图[49]; (b)活体小鼠脑部血管的近红外二区共聚焦成像图[51].

    Figure 3  (a) A simplified optical diagram of the stage-scanning NIR Ⅱ fluorescence confocal microscopy[49]. (b) NIR Ⅱ confocal imaging of brain blood vessels in living mice[51].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 4  (a) 近红外二区转盘式共聚焦显微镜及光学布局示意图[54, 55]; (b)修饰化的碳纳米管SWCNT的叶绿体中的分布成像图[54].

    Figure 4  (a) An image and optical layout of the confocal spinning-disc NIR Ⅱ microscope[54, 55]. (b) Internalization of functionalized SWCNTs in a chloroplast[54].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 5  (a) 近红外二区双光子激发荧光扫描显微镜系统的光学布局示意图; (b)小鼠大脑内部不同深度血管的近红外二区双光子荧光成像图[62].

    Figure 5  (a) Schematic illustration of the setup for NIR Ⅱ TPFM imaging system (b) In vivo NIR Ⅱ TPFM images of mouse brain at different depths[62].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 6  (a) 近红外二区光片显微系统的光学布局示意图; 活体小鼠肿瘤部位的显微成像图: (b)肿瘤血管微循环中的异常血流方向; (c)肿瘤微循环中的T细胞运动轨迹, (d)靶向程序性死亡配体(PD-L1)和程序性细胞死亡蛋白(PD-1)结合过程三维成像图[67].

    Figure 6  (a) The optical layout of NIR Ⅱ LSM. Non-invasive in vivo NIR Ⅱ LSM of tumors on mice: (b) Abnormal blood flow direction in tumor microcirculation, (c) T cell trajectory locus in tumor microcirculation, and (d) 3D imaging of the programmed binding process between PD-L1 and PD-1[67].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 7  (a) 近红外二区荧光寿命共聚焦显微镜系统的光学布局示意图; (b)玻璃毛细管和脑血管中荧光探针TB1的荧光寿命成像图及其箭头标记处的荧光衰减曲线图[52].

    Figure 7  (a) A simplified optical diagram of confocal NIR Ⅱ FLIM imaging system. (b) NIR Ⅱ FLIM images of the glass capillary tube and cerebral vessels inject with TB1 dots, and their fluorescence decay curves measured at the arrow[52].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 8  (a) 具有三种不同数量级荧光寿命值的稀土纳米探针及其小鼠实验过程示意图; (b) MCF-7和BT-474乳腺癌肿瘤中不同标志物的荧光寿命、免疫印迹法、免疫组化定量检测结果[71].

    Figure 8  (a) Rare earth nanoprobe with three different orders of fluorescence lifetime and schematics illustrating animal experiment procedures. (b) MCF-7 and BT-474 tumor markers quantitative results test by lifetime-resolved images, western blot and immunohistochemistry assay[71].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 9  用于临床应用研究的可见光/近红外一区/近红外二区多光谱成像仪及其采用吲哚菁绿ICG作为荧光染料介导的肝癌外科切除手术导航示意图[84].

    Figure 9  Schematics illustrating visible and NIR Ⅰ/Ⅱ multispectral imaging instrument and their descriptions of hepatocellular carcinoma surgery navigation in clinical applications[84].

    下载: 全尺寸图片 幻灯片
  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  392
  • 文章访问数:  10583
  • HTML全文浏览量:  4382
文章相关
  • 发布日期:  2020-05-15
  • 收稿日期:  2020-02-26
  • 网络出版日期:  2020-04-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net