近红外二区显微成像系统的原理、优势及应用
2025-11-03 来源:本站 点击次数:73
在生命科学的探索之路上，成像技术的每一次突破都如同点亮了一盏明灯，为我们照亮未知的领域。近年来，近红外二区显微成像系统崭露头角，凭借其独特的优势，成为科研人员手中强大的研究工具。今天，上海数联生物就带大家走进这个神奇的成像世界，看看近红外二区显微成像系统到底有何不凡之处。
一、近红外二区成像，优势尽显
（一）深度穿透，直达深层组织
传统的可见光和近红外一区成像，由于光在生物组织中传播时，会受到血红蛋白、黑色素等物质的强烈吸收以及组织的散射作用，成像深度往往十分有限，一般只能对细胞或者较薄的组织样品进行成像。而近红外二区（1000 - 1700nm）的光，波长更长，光子能量更低，在生物组织中传播时散射和吸收显著减少，能够轻松穿透更深的组织，让我们可以观察到活体动物体内更深处的生物学过程，比如大脑深层的神经活动、肿瘤在体内深部的生长与转移等。
图1
（二）高分辨率与信噪比，图像清晰呈现
生物组织在可见光和近红外一区成像时，存在明显的自发荧光现象，这些自发荧光会形成背景干扰，降低图像的信背比（SBR），使得目标信号的清晰度大打折扣。近红外二区成像则不同，在这个波段，生物组织的自发荧光极其微弱，几乎可以忽略不计，这就大大提高了图像的信背比，能够为我们呈现出更加清晰、准确的图像，帮助科研人员更精准地观察生物体内的细节，例如微小的血管结构、细胞层面的变化等。
二、成像原理，科技的精妙融合
近红外二区显微成像系统主要基于荧光成像原理。当荧光探针被引入生物体内后，用特定波长的近红外光去激发这些探针，探针吸收光子能量后会从基态跃迁到激发态，而当它们从激发态回到基态时，就会发射出近红外二区的荧光信号。成像系统中的物镜负责收集这些荧光信号，然后将其传输到探测器，探测器把光信号转化为电信号，再经过一系列的信号放大、处理和分析，最终生成我们看到的高分辨率图像。在这个过程中，为了实现更清晰的成像，还会用到各种先进的光学技术和算法，比如共聚焦技术，通过在探测光路中设置针孔，只让焦点处的荧光信号通过，有效去除了离焦信号的干扰，进一步提高了成像的分辨率和对比度。
图2：近红外二区显微成像系统
三、广泛应用，助力多领域科研突破
（一）肿瘤研究的关键助力
1.肿瘤早期诊断与精准定位：利用近红外二区荧光探针标记肿瘤细胞，能够在肿瘤还处于微小病灶阶段就实现高灵敏度的检测。通过成像系统，可以清晰地看到肿瘤的位置、大小和形状，为肿瘤的早期诊断和精准治疗提供关键依据。例如，在乳腺癌的早期筛查中，近红外二区成像能够发现传统检测方法难以察觉的微小肿瘤，大大提高了早期诊断率。
小鼠肿瘤及周边血管双重成像
2.肿瘤转移监测与治疗评估：实时追踪肿瘤细胞在体内的转移路径，观察肿瘤细胞如何通过血管或淋巴管扩散到其他器官。同时，在肿瘤治疗过程中，通过成像系统可以直观地评估治疗效果，判断肿瘤细胞对药物的反应，帮助医生及时调整治疗方案。比如在使用化疗药物后，通过成像观察肿瘤部位荧光信号的变化，就能知道药物是否有效抑制了肿瘤的生长。
（二）神经科学研究的有力工具
1.大脑神经活动观测：对大脑深层神经元进行标记后，近红外二区显微成像系统可以清晰地观察神经元的活动状态，研究神经信号的传递和处理过程。这对于理解大脑的正常功能以及神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）的发病机制至关重要。例如，在研究帕金森病时，可以通过成像观察大脑中多巴胺能神经元的变化，为疾病的研究和治疗提供方向。
2.脑血管成像与研究：能够清晰地呈现脑血管的三维结构和血流情况，有助于研究脑血管疾病的发生发展机制，如中风、脑动脉瘤等。通过对脑血管的成像分析，科研人员可以更好地了解脑部血液供应情况，为相关疾病的预防和治疗提供重要信息。
图4：小鼠脑血管显微成像
（三）药物研发与评价的可靠伙伴
1.药物代谢与分布研究：追踪药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，帮助科研人员了解药物在体内的动态变化。比如通过标记药物分子，利用近红外二区成像观察药物在不同组织和器官中的浓度分布，以及药物在体内的代谢速度，为优化药物剂型和给药方案提供依据。
2.药效评估与筛选：在活体动物水平上评估药物的治疗效果，筛选出更有效的药物。通过成像系统观察药物处理后疾病相关指标的变化，如肿瘤大小的变化、炎症部位荧光信号的改变等，快速判断药物的疗效，加速药物研发进程。
四、上海数联生物，专业服务为科研赋能
上海数联生物始终关注着成像技术的前沿发展，深知近红外二区显微成像系统对于科研工作的重要价值。我们拥有专业的技术团队，具备丰富的成像系统操作经验和深厚的专业知识，能够为科研人员提供全方位的技术支持。从实验设计阶段，根据您的研究需求和样本特点，为您量身定制合适的成像方案；到样本的标记、成像实验的具体实施，我们都会严格把控每一个环节，确保实验数据的准确性和可靠性。在成像数据的分析方面，我们的团队也能运用先进的算法和软件，为您深度解析数据，挖掘数据背后的科学信息。
近红外二区显微成像系统正以其独特的魅力和强大的功能，在生命科学研究领域发挥着越来越重要的作用。上海数联生物期待与您携手，借助这一先进的技术，共同探索生命的奥秘，在科研的道路上不断前行，取得更多的突破和成果！
一、近红外二区成像，优势尽显
（一）深度穿透，直达深层组织
传统的可见光和近红外一区成像，由于光在生物组织中传播时，会受到血红蛋白、黑色素等物质的强烈吸收以及组织的散射作用，成像深度往往十分有限，一般只能对细胞或者较薄的组织样品进行成像。而近红外二区（1000 - 1700nm）的光，波长更长，光子能量更低，在生物组织中传播时散射和吸收显著减少，能够轻松穿透更深的组织，让我们可以观察到活体动物体内更深处的生物学过程，比如大脑深层的神经活动、肿瘤在体内深部的生长与转移等。
图1（二）高分辨率与信噪比，图像清晰呈现
生物组织在可见光和近红外一区成像时，存在明显的自发荧光现象，这些自发荧光会形成背景干扰，降低图像的信背比（SBR），使得目标信号的清晰度大打折扣。近红外二区成像则不同，在这个波段，生物组织的自发荧光极其微弱，几乎可以忽略不计，这就大大提高了图像的信背比，能够为我们呈现出更加清晰、准确的图像，帮助科研人员更精准地观察生物体内的细节，例如微小的血管结构、细胞层面的变化等。
二、成像原理，科技的精妙融合
近红外二区显微成像系统主要基于荧光成像原理。当荧光探针被引入生物体内后，用特定波长的近红外光去激发这些探针，探针吸收光子能量后会从基态跃迁到激发态，而当它们从激发态回到基态时，就会发射出近红外二区的荧光信号。成像系统中的物镜负责收集这些荧光信号，然后将其传输到探测器，探测器把光信号转化为电信号，再经过一系列的信号放大、处理和分析，最终生成我们看到的高分辨率图像。在这个过程中，为了实现更清晰的成像，还会用到各种先进的光学技术和算法，比如共聚焦技术，通过在探测光路中设置针孔，只让焦点处的荧光信号通过，有效去除了离焦信号的干扰，进一步提高了成像的分辨率和对比度。
图2：近红外二区显微成像系统
三、广泛应用，助力多领域科研突破
（一）肿瘤研究的关键助力
1.肿瘤早期诊断与精准定位：利用近红外二区荧光探针标记肿瘤细胞，能够在肿瘤还处于微小病灶阶段就实现高灵敏度的检测。通过成像系统，可以清晰地看到肿瘤的位置、大小和形状，为肿瘤的早期诊断和精准治疗提供关键依据。例如，在乳腺癌的早期筛查中，近红外二区成像能够发现传统检测方法难以察觉的微小肿瘤，大大提高了早期诊断率。
小鼠肿瘤及周边血管双重成像
（二）神经科学研究的有力工具
1.大脑神经活动观测：对大脑深层神经元进行标记后，近红外二区显微成像系统可以清晰地观察神经元的活动状态，研究神经信号的传递和处理过程。这对于理解大脑的正常功能以及神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）的发病机制至关重要。例如，在研究帕金森病时，可以通过成像观察大脑中多巴胺能神经元的变化，为疾病的研究和治疗提供方向。
2.脑血管成像与研究：能够清晰地呈现脑血管的三维结构和血流情况，有助于研究脑血管疾病的发生发展机制，如中风、脑动脉瘤等。通过对脑血管的成像分析，科研人员可以更好地了解脑部血液供应情况，为相关疾病的预防和治疗提供重要信息。
图4：小鼠脑血管显微成像
1.药物代谢与分布研究：追踪药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，帮助科研人员了解药物在体内的动态变化。比如通过标记药物分子，利用近红外二区成像观察药物在不同组织和器官中的浓度分布，以及药物在体内的代谢速度，为优化药物剂型和给药方案提供依据。
2.药效评估与筛选：在活体动物水平上评估药物的治疗效果，筛选出更有效的药物。通过成像系统观察药物处理后疾病相关指标的变化，如肿瘤大小的变化、炎症部位荧光信号的改变等，快速判断药物的疗效，加速药物研发进程。
四、上海数联生物，专业服务为科研赋能
上海数联生物始终关注着成像技术的前沿发展，深知近红外二区显微成像系统对于科研工作的重要价值。我们拥有专业的技术团队，具备丰富的成像系统操作经验和深厚的专业知识，能够为科研人员提供全方位的技术支持。从实验设计阶段，根据您的研究需求和样本特点，为您量身定制合适的成像方案；到样本的标记、成像实验的具体实施，我们都会严格把控每一个环节，确保实验数据的准确性和可靠性。在成像数据的分析方面，我们的团队也能运用先进的算法和软件，为您深度解析数据，挖掘数据背后的科学信息。
近红外二区显微成像系统正以其独特的魅力和强大的功能，在生命科学研究领域发挥着越来越重要的作用。上海数联生物期待与您携手，借助这一先进的技术，共同探索生命的奥秘，在科研的道路上不断前行，取得更多的突破和成果！
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