在生物医学成像领域,近红外二区活体宽场荧光成像系统正逐渐崭露头角,成为科研人员探索生命奥秘的得力助手。今天,就带大家深入了解一下这项前沿技术。
一、近红外二区成像的独特优势
传统的生物成像窗口主要集中在可见光和近红外一区,然而这些波段在成像时存在诸多限制。光在生物组织中传播时,会受到吸收和散射作用的影响,导致成像深度有限,图像的信背比不理想,成像对象常常局限于细胞及厚度较薄的组织样品。而且,生物组织的自发荧光会成为图像背景干扰,降低图像信背比,使目标信号的清晰度下降。此外,较短波长的激发光光子能量更高,安全阈值较低,过强的激发光可能会对生物组织造成损伤。
近红外二区(900-1880 nm)荧光成像则有效克服了这些问题。由于其波长较长,光在生物组织中的散射和吸收显著减少,从而能够实现更深的组织穿透。同时,近红外二区荧光成像的背景干扰更小,能够提供更高的信背比和空间分辨率,让我们可以更清晰地观察生物体内的微观结构和生理过程。
二、近红外二区活体宽场荧光成像系统的工作原理
该成像系统主要包括信号激发、信号收集和信号探测三个关键组件。当在细胞或组织中加入近红外二区荧光探针标记物后,特定波长的光源经由激发光路照射标记物,使其发出荧光。激发的荧光信号通过发射光路进行收集、分光、过滤和聚焦,然后进入光电探测器。光电探测器将光信号转换为电信号,并进行放大、分析处理,最终生成可供观察和分析的图像。
图1:近红外二区活体宽场荧光成像系统
三、系统特点与应用领域
(一)高分辨率与大深度成像
近红外二区活体宽场荧光成像系统能够在高分辨率下实现大深度组织成像,这对于研究深层组织的生理和病理过程具有重要意义。在肿瘤研究中,可以清晰地观察肿瘤的生长、转移以及肿瘤血管的生成情况,为肿瘤的早期诊断和治疗提供有力依据。在神经科学研究中,能够穿透颅骨对大脑深部的神经元活动进行成像,帮助我们深入了解大脑的功能和神经系统疾病的发病机制。
(二)实时动态监测
该系统可以对生物体内的动态过程进行实时监测,比如药物在体内的代谢过程、血液流动情况等。通过实时获取这些信息,科研人员可以更好地研究药物的疗效和作用机制,以及心血管系统的生理功能。
图2:小鼠后肢血流成像
(三)多模态成像潜力
近红外二区活体宽场荧光成像系统还具有与其他成像技术相结合,实现多模态成像的潜力。与光声成像结合,可以同时获取组织的光学和声学信息,提高对生物组织的识别和诊断能力;与磁共振成像(MRI)结合,则能够将结构信息和功能信息融合,为医学研究和临床诊断提供更全面、准确的信息。
四、上海数联生物在近红外二区成像领域的探索
上海数联生物一直致力于生物医学成像技术的研发与创新,在近红外二区活体宽场荧光成像系统方面取得了一系列成果。我们的团队不断优化成像系统的性能,提高其分辨率、灵敏度和稳定性,同时积极探索该技术在不同领域的应用。
在科研合作方面,我们与多所高校和科研机构建立了紧密的合作关系,共同开展近红外二区成像技术在肿瘤、神经科学、心血管疾病等领域的研究。通过产学研合作,加速了技术的转化和应用,为生物医学研究提供了更先进的工具和解决方案。