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研究人员完善和扩展近红外成像窗口

导读光吸收和散射对荧光捕获完全有害的根深蒂固的信念促使大多数研究人员追求生物成像的光子吸收和散射最小的完美窗口。由于普遍接受的光子散射

光吸收和散射对荧光捕获完全有害的根深蒂固的信念促使大多数研究人员追求生物成像的光子吸收和散射最小的完美窗口。由于普遍接受的光子散射较少,第二个近红外窗口 (NIR-II) 中的荧光生物成像提供了令人钦佩的图像质量,尤其是在破译体内深埋信号时。如今,NIR-II荧光成像已经在临床指导复杂的肝肿瘤手术。然而,在某种程度上,光吸收的建设性作用似乎被忽视了。高质量图像的最终呈现甚至使通过延长波长而夸大的散射抑制的积极效果更令人信服,因为吸收同时被认为会衰减信号。事实上,一些工作已经揭示了由于长光程背景信号的抑制,散射介质中吸收诱导的分辨率增强。然而,如何充分利用光吸收来选择合适的荧光成像窗口仍未明确。

在光科学与应用杂志上发表的一篇新论文中,由现代光学仪器国家重点实验室、光学与电磁研究中心、光学科学与工程学院、国际先进光子学研究中心的钱军教授领导的科学家团队和同事已经完善了解释 NIR-II 荧光成像优异性能的机制。通过模拟近红外光子在生物组织中的传播,他们创新性地提出了在 1400-1500 nm、1700-1880 nm 和 2080-2340 nm 的性能良好的成像,定义为 NIR-IIx、NIR-IIc 和分别为第三个近红外 (NIR-III) 窗口。设计的 PbS/CdS 核壳量子点(CSQDs)在~1100 nm、~1300 nm 和~1450 nm 处具有峰值发射波长,用作成像探针,他们发现水的吸收峰周围的检测区域总是能提供大大提高的图像质量,因此 NIR-II 窗口的定义进一步完善为 900-1880 nm。NIR-IIx 区域被证明提供比 NIR-IIb 区域更出色的荧光图像。在光吸收的帮助下,进行了具有出色成像质量的宽视场微观和宏观荧光成像。

NIR-II 窗口的一般认知指导我们强调随着波长的增加散射抑制,但低估了吸收的建设性影响。事实上,光吸收剂在理论上会优先耗尽传播中的多重散射光子,因为散射光子通过生物介质的路径长度比弹道光子更长(见图 1)。

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