拓展的近紅外二區優勢窗口用于稀土納米晶高分辨活體多重成像_abio生物試劑品牌網
光學多重成像能夠同時檢測多個生化成分并直接觀察不同的生理行為，這在生物技術和臨床醫學領域引起了廣泛關注。近紅外第二窗口（NIR-II，1000-1700 nm）下的熒光成像顯著減少了光學散射而提供了較好的空間分辨率，它推動了非侵入式活體多重成像的發展。隨著波長的延長，組織散射逐漸減少，水吸收是限制生物組織下光學穿透深度的關鍵因素。目前，僅NIR-IIb窗口（1500-1700 nm）的發光探針才能提供高分辨的活體熒光成像。然而，在這個狹窄的NIR-IIb區域中可用的探針數量十分有限，并且所用的熒光信號之間容易重疊。因此，研究人員非常希望開發更多的發光探針來擴展優越的NIR-IIb成像窗口，增加高分辨活體多重成像的可選通道。
為解決上述問題，某大學教授研究團隊通過模擬光子在組織中的穿透過程，將傳統的NIR-IIb窗口（1500-1700 nm）擴展到近紅外二區長波窗口（NIR-II-L，1500-1900 nm）。然后，設計了一系列含有Tm 3+、Ho 3+和Er 3+等摻雜離子的鑭系納米晶體，以產生1852 nm（Tm 3+）、2030 nm（Ho 3+）、2324 nm（Tm 3+）、2734 nm（Er 3+）和2842 nm（Ho 3+）等新型近紅外發光。他們發現，相較于近紅外二區短波窗口（NIR-II-S，1000-1400 nm），NIR-II-L窗口下的納米探針可以顯著提高成像對比度。
圖1. (a) 本研究開發的一系列1500 nm后發射的鑭系納米晶體；
(b) 根據組織散射和水吸收模擬穿透深度隨波長變化的結果；
(c) 比較不同近紅外二區成像窗口在模擬組織下的穿透和散射結果；
(d-e) NIR-II-L窗口下熒光信號間無竄擾。
進一步地，研究團隊通過合理的納米結構設計，發現具有“核-殼-殼”結構的β-NaYbF 4:Ln 3+@NaYbF 4@NaYF 4是一種適用于Yb 3+敏化各種鑭系元素近紅外發光的優良納米晶體，相較于傳統的“核-殼”結構，它們的近紅外發光強度均得到大幅提升。之后，基于新開發的NIR-II-L探針揭示了NIR-II-L窗口下的多重成像可以提供高信噪比和清晰的邊界。此外，通過使用多個NIR-II-L納米探針，本研究成功實現了對血管、腸道、腫瘤和淋巴結等活體器官或組織的高分辨靜態和動態多重成像。
圖2. (a) 使用NIR-II-L納米探針在老鼠腹部區域對血管和淋巴系統的多重成像結果；
(b) 使用三種NIR-II-L納米探針對荷瘤小鼠的血管、腸道和實體瘤的多重成像結果；
(c) 通過尾靜脈注射過程展現NIR-II-L納米探針進行活體動態多重成像的能力。
團隊最后還展望了近紅外多重成像的前景。他們認為，為了推進多重成像的研究，有必要開發更多合適的NIR-II-L熒光探針。此外，隨著成像設備的不斷進步，鑭系元素豐富的f-f外層電子躍遷也可以提供更多潛在的新型近紅外發光納米晶體，以幫助研究者發現和進一步擴大可用的“生物透明”窗口。例如，鑭系Tm3+離子2324 nm的熒光發射位于2100 nm-2400 nm的水吸收峰谷，提升其亮度有望推動該區域成為下一代高分辨成像窗口。
參考文獻：
An Extended NIR-II Superior Imaging Window from 1500 to 1900?nm for High-Resolution In Vivo Multiplexed Imaging Based on Lanthanide Nanocrystals. Zi-Han Chen, Xiaohan Wang, Mingzhu Yang, Jiang Ming, Baofeng Yun, Lu Zhang, Xusheng Wang, Peng Yu, Jing Xu, Hongxin Zhang*, Fan Zhang*. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202311883. DOI: doi.org/10.1002/anie.202311883.
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近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST
NIR-II in vivo imaging system
文中利用近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST分別完成了小鼠腹部區域血管和淋巴系統的多重成像實驗以及荷瘤小鼠的血管、腸道和實體瘤的多重成像實驗，并通過尾靜脈注射過程完成了NIR-II-L納米探針進行活體動態多重成像實驗。
該小動物活體成像系統功能強大， 相機性能優異，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。自主開發的 軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統 應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區寬場成像、全光譜成像、近紅外二區熒光壽命成像，且成像系統采用了模塊化設計，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。該系統可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、體內植入物的監測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。
為解決上述問題，某大學教授研究團隊通過模擬光子在組織中的穿透過程，將傳統的NIR-IIb窗口（1500-1700 nm）擴展到近紅外二區長波窗口（NIR-II-L，1500-1900 nm）。然后，設計了一系列含有Tm 3+、Ho 3+和Er 3+等摻雜離子的鑭系納米晶體，以產生1852 nm（Tm 3+）、2030 nm（Ho 3+）、2324 nm（Tm 3+）、2734 nm（Er 3+）和2842 nm（Ho 3+）等新型近紅外發光。他們發現，相較于近紅外二區短波窗口（NIR-II-S，1000-1400 nm），NIR-II-L窗口下的納米探針可以顯著提高成像對比度。
圖1. (a) 本研究開發的一系列1500 nm后發射的鑭系納米晶體；
(b) 根據組織散射和水吸收模擬穿透深度隨波長變化的結果；
(c) 比較不同近紅外二區成像窗口在模擬組織下的穿透和散射結果；
(d-e) NIR-II-L窗口下熒光信號間無竄擾。
進一步地，研究團隊通過合理的納米結構設計，發現具有“核-殼-殼”結構的β-NaYbF 4:Ln 3+@NaYbF 4@NaYF 4是一種適用于Yb 3+敏化各種鑭系元素近紅外發光的優良納米晶體，相較于傳統的“核-殼”結構，它們的近紅外發光強度均得到大幅提升。之后，基于新開發的NIR-II-L探針揭示了NIR-II-L窗口下的多重成像可以提供高信噪比和清晰的邊界。此外，通過使用多個NIR-II-L納米探針，本研究成功實現了對血管、腸道、腫瘤和淋巴結等活體器官或組織的高分辨靜態和動態多重成像。
圖2. (a) 使用NIR-II-L納米探針在老鼠腹部區域對血管和淋巴系統的多重成像結果；
(b) 使用三種NIR-II-L納米探針對荷瘤小鼠的血管、腸道和實體瘤的多重成像結果；
(c) 通過尾靜脈注射過程展現NIR-II-L納米探針進行活體動態多重成像的能力。
團隊最后還展望了近紅外多重成像的前景。他們認為，為了推進多重成像的研究，有必要開發更多合適的NIR-II-L熒光探針。此外，隨著成像設備的不斷進步，鑭系元素豐富的f-f外層電子躍遷也可以提供更多潛在的新型近紅外發光納米晶體，以幫助研究者發現和進一步擴大可用的“生物透明”窗口。例如，鑭系Tm3+離子2324 nm的熒光發射位于2100 nm-2400 nm的水吸收峰谷，提升其亮度有望推動該區域成為下一代高分辨成像窗口。
參考文獻：
An Extended NIR-II Superior Imaging Window from 1500 to 1900?nm for High-Resolution In Vivo Multiplexed Imaging Based on Lanthanide Nanocrystals. Zi-Han Chen, Xiaohan Wang, Mingzhu Yang, Jiang Ming, Baofeng Yun, Lu Zhang, Xusheng Wang, Peng Yu, Jing Xu, Hongxin Zhang*, Fan Zhang*. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202311883. DOI: doi.org/10.1002/anie.202311883.
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近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST
NIR-II in vivo imaging system
文中利用近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST分別完成了小鼠腹部區域血管和淋巴系統的多重成像實驗以及荷瘤小鼠的血管、腸道和實體瘤的多重成像實驗，并通過尾靜脈注射過程完成了NIR-II-L納米探針進行活體動態多重成像實驗。
該小動物活體成像系統功能強大， 相機性能優異，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。自主開發的 軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統 應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區寬場成像、全光譜成像、近紅外二區熒光壽命成像，且成像系統采用了模塊化設計，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。該系統可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、體內植入物的監測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。
