精准医疗的“透视眼”——近红外二区荧光成像技术

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生物医学影像技术是保障人类生命健康的重要基石之一。

光学成像是其中的重要组成部分，已经在生物医学领域得到广

泛应用，如病理组织免疫荧光检测，胃肠镜和膀胱镜等临床内

镜检查，眼科和心血管造影，以及肿瘤荧光成像手术导航等。

传统的荧光成像的波长大多集中在可见光（400—650nm）和

近红外一区（650—900nm）范围，此波长范围存在严重的生

物自发荧光干扰，并且活体组织（包括皮肤、血液、脂肪等）

对该波段光子具有很强的吸收和散射作用，导致其极为有限的

穿透深度和空间分辨率，无法满足深层组织下精准“可视化”

的需求。这好比在雾霾天，光线被雾霾吸收和散射掉，使得人

们无法看清远处的景象。而红外波段光往往具有更强的穿透性，

如目前的红外热成像已被广泛应用于夜视和低能见度环境下的

成像。研究表明生物活体组织对近红外二区（ 1000—

1700nm）波段光的吸收和散射显著降低，因而近红外二区荧

光具有更高的组织穿透深度和空间分辨率，这个成像窗口被誉

为“活体光学透明窗口”，有望为疾病的诊疗提供更为精准的

“活体光学成像”技术。

技术创新与突破

近红外二区荧光探针和成像设备是实现近红外二区荧光成

像的必要条件。针对 2009 年国际上开始提出的近红外二区光

学成像新技术，中国科学院苏州纳米所相关团队就在思考如何

获得具有优异近红外二区荧光性质的探针，以解决这个新兴的

光学窗口在应用中面临的重大挑战。2010 年在国际上首次发

现Ag2S 量子点的近红外二区荧光性质，并根据半导体能带理

论精准制备了Ag2Se、Ag2Te、AgAuSe 等一系列近红外二

区荧光量子点，建立了一种荧光波长可调谐、高量子产率、高

生物相容性的银基近红外二区荧光量子点体系，为近红外二区

荧光成像科学研究提供了一类理想的探针。

在近红外二区光学成像研究之初，市场上没有开展下游生

物医学应用研究的相关近红外二区荧光成像设备。为了解决这

一难题，研究团队通过光机系统建模与仿真，自主设计关键光

学元器件，解决了光学元件近红外二区像差大、成像系统光学

传递函数低等关键技术问题，“从无到有”自主研制出了近红

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摘要：

精准医疗的“透视眼”——近红外二区荧光成像技术生物医学影像技术是保障人类生命健康的重要基石之一。光学成像是其中的重要组成部分，已经在生物医学领域得到广泛应用，如病理组织免疫荧光检测，胃肠镜和膀胱镜等临床内镜检查，眼科和心血管造影，以及肿瘤荧光成像手术导航等。传统的荧光成像的波长大多集中在可见光（400—650nm）和近红外一区（650—900nm）范围，此波长范围存在严重的生物自发荧光干扰，并且活体组织（包括皮肤、血液、脂肪等）对该波段光子具有很强的吸收和散射作用，导致其极为有限的穿透深度和空间分辨率，无法满足深层组织下精准“可视化”的需求。这好比在雾霾天，光线被雾霾吸收和散射掉，使得人们无法...

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