小分子熒光探針是熒光成像與傳感技術在生物醫(yī)學研究中得以發(fā)揮重要作用的有力工具。近年來興起的近紅外二區(qū)（1000~1700 nm）熒光成像技術為該領域帶來一次重大技術變革。相比于傳統(tǒng)技術采用的短波段（400~900 nm）熒光，近紅外二區(qū)熒光可顯著降低生物組織的散射以及自發(fā)熒光干擾，因而極大地革新了成像分辨率和成像深度。然而限制該技術得以進一步發(fā)展的一個重要瓶頸是缺乏合適的小分子熒光探針。目前開發(fā)的熒光探針在水中普遍面臨著熒光淬滅，光穩(wěn)定性差等問題，并且缺乏熒光傳感特性，在生物傳感分析中應用受限。

針對上述問題，研究團隊打破聚集誘導熒光淬滅的傳統(tǒng)慣性思維，發(fā)現溶劑極性增強是誘導熒光淬滅的主要成因，并基于此開發(fā)了系列波長可調的抗淬滅近紅外二區(qū)花菁染料。與傳統(tǒng)染料相比，該類染料在水中的熒光亮度提升了高達44倍，并獲得了更優(yōu)異的光穩(wěn)定性，其活體淋巴成像效果遠勝于金標準染料吲哚菁綠。與此同時，研究團隊通過對染料光物理性質的深入研究，*構筑了*近紅外二區(qū)pH傳感探針，并將其應用于無創(chuàng)的4 mm組織深度下胃酸定量檢測。在此過程中，研究團隊克服了長期以來因組織內光衰減造成的活體熒光定量分析難的問題，提出了“波長分區(qū)比率熒光”定量分析方法。該方法利用兩個在組織內衰減特征相似的熒光信號進行比率校正，同時結合體外模擬組織校正曲線，為活體內熒光定量分析提供了新的解決方案。研究成果“Anti-quenching NIR-II molecular fluorophores for in vivo high-contrast imaging and pH sensing”于2019年3月在線發(fā)表在Nature Communications期刊上。

圖1. (A) 抗淬滅近紅外二區(qū)分子熒光探針設計；(B) 用于活體高分辨率淋巴成像；(C) 活體4毫米深度下進行胃酸的無創(chuàng)比率熒光傳感分析；(D) 胃酸pH的解析。

參考文獻:

Shangfeng Wang, Yong Fan, Dandan Li, Caixia Sun, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Ting Wang, Fan Zhang*.  Anti-quenching NIR-II Molecular Fluorophores for in vivo High-contrast Imaging and pH Sensing. Nat. Commun., 2019, 10, 1058.  

| 儀器

近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了小鼠活體的高分辨率淋巴管成像，并在無創(chuàng)的4 mm組織深度下實現了胃酸定量檢測。

該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。同時該成像系統(tǒng)應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設計，成像功能亦可進一步升級擴展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)能夠應用于活體小動物熒光手術導航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等研究。