近红外二区活体成像技术及其应用研究进展
发布时间：2021-12-24 14:09
近红外二区（NIRⅡ, 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,750～900nm）和可见光（Vis,400～750nm）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.
【文章来源】：化学学报. 2020,78(05)北大核心SCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
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].
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].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10μm的分辨率(图3b)[51].3.3 转盘式共聚焦显微镜
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土纳米晶用于近红外区活体成像和传感研究进展[J]. 熊麟,凡勇,张凡. 化学学报. 2019(12)
[2]生物小分子成像用双光子荧光探针[J]. 黄池宝,陈会,李福琴,安思雅. 有机化学. 2019(09)
[3]NIR-II ?uorescence in vivo confocal microscopy with aggregation-induced emission dots[J]. Wenbin Yu,Bing Guo,Hequn Zhang,Jing Zhou,Xiaoming Yu,Liang Zhu,Dingwei Xue,Wen Liu,Xianhe Sun,Jun Qian. Science Bulletin. 2019(06)
[4]一种溶酶体靶向双光子亚硝酰氢荧光探针的合成及细胞成像研究[J]. 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(02)
[5]超小金纳米簇用于荧光及CT双模态成像的研究[J]. 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(09)
[6]一种基于异长叶烷酮的新型pH荧光探针及其生物荧光成像应用[J]. 张燕,王忠龙,陶钰,徐徐,方华,王石发. 有机化学. 2018(10)
[7]Angiopep-2修饰的Ag2S量子点用于近红外二区脑胶质瘤成像[J]. 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(05)
[8]1,8-萘酰亚胺类荧光探针在双光子成像中应用的研究进展[J]. 谢振达,付曼琳,尹彪,朱勍. 有机化学. 2018(06)
[9]纳米荧光探针用于核酸分子的检测及成像研究[J]. 杨立敏,刘波,李娜,唐波. 化学学报. 2017(11)
[10]活性氧簇的小分子荧光探针研究进展[J]. 后际挺,李坤,覃彩芹,余孝其. 有机化学. 2018(03)
本文编号：3550623
【文章来源】：化学学报. 2020,78(05)北大核心SCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
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].
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].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10μm的分辨率(图3b)[51].3.3 转盘式共聚焦显微镜
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土纳米晶用于近红外区活体成像和传感研究进展[J]. 熊麟,凡勇,张凡. 化学学报. 2019(12)
[2]生物小分子成像用双光子荧光探针[J]. 黄池宝,陈会,李福琴,安思雅. 有机化学. 2019(09)
[3]NIR-II ?uorescence in vivo confocal microscopy with aggregation-induced emission dots[J]. Wenbin Yu,Bing Guo,Hequn Zhang,Jing Zhou,Xiaoming Yu,Liang Zhu,Dingwei Xue,Wen Liu,Xianhe Sun,Jun Qian. Science Bulletin. 2019(06)
[4]一种溶酶体靶向双光子亚硝酰氢荧光探针的合成及细胞成像研究[J]. 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(02)
[5]超小金纳米簇用于荧光及CT双模态成像的研究[J]. 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(09)
[6]一种基于异长叶烷酮的新型pH荧光探针及其生物荧光成像应用[J]. 张燕,王忠龙,陶钰,徐徐,方华,王石发. 有机化学. 2018(10)
[7]Angiopep-2修饰的Ag2S量子点用于近红外二区脑胶质瘤成像[J]. 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(05)
[8]1,8-萘酰亚胺类荧光探针在双光子成像中应用的研究进展[J]. 谢振达,付曼琳,尹彪,朱勍. 有机化学. 2018(06)
[9]纳米荧光探针用于核酸分子的检测及成像研究[J]. 杨立敏,刘波,李娜,唐波. 化学学报. 2017(11)
[10]活性氧簇的小分子荧光探针研究进展[J]. 后际挺,李坤,覃彩芹,余孝其. 有机化学. 2018(03)
本文编号：3550623
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