在生命科學(xué)研究的進(jìn)程中，對生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生理過程進(jìn)行直觀、動態(tài)的觀察一直是科研工作者不懈追求的目標(biāo)。某大學(xué)教授及其團(tuán)隊(duì)聚焦于“活體光學(xué)成像分析、設(shè)備設(shè)計與搭建”這一前沿研究方向，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了眾多創(chuàng)新性的成果與變革性的技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)、生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

一、攻克成像難題，開拓近紅外二區(qū)成像新視野

      傳統(tǒng)的光學(xué)成像技術(shù)多集中在可見光區(qū)（400 - 650nm）及近紅外一區(qū)（650 - 900nm），然而生物組織對這兩個波段的光存在較強(qiáng)的吸收和散射作用，使得成像的穿透深度和分辨率都受到很大限制。為突破這一瓶頸，團(tuán)隊(duì)將目光投向近紅外第二窗口（1000 - 1700nm） 。此區(qū)間的光在生物組織中散射和吸收較低，自發(fā)熒光背景噪聲弱，為實(shí)現(xiàn)活體深組織高分辨和高信噪比成像提供了可能。

圖1：近紅外二區(qū)無機(jī)稀土熒光納米探針

      團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列性能優(yōu)異的近紅外二區(qū)熒光探針，如立方晶相的稀土堿金屬氟化物納米熒光探針。以Tm3?摻雜的稀土熒光探針為例，在立方晶相基質(zhì)中，其在1632nm處實(shí)現(xiàn)了近百倍的下轉(zhuǎn)移發(fā)光增強(qiáng)。通過深入研究能量傳遞過程，進(jìn)一步提升了熒光發(fā)射強(qiáng)度，為近紅外二區(qū)多重?zé)晒獬上裨鎏砹诵碌牟ㄩL選擇。同時，基于Er3?和Ho3?摻雜的近紅外稀土熒光探針在1530nm和1180nm處也實(shí)現(xiàn)了不同程度的發(fā)光增強(qiáng) 。這些熒光探針的開發(fā)，為活體光學(xué)成像提供了更豐富、更靈敏的標(biāo)記工具。

二、創(chuàng)新設(shè)備搭建，實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)多重成像

      有了高效的熒光探針，還需要與之匹配的成像設(shè)備才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。團(tuán)隊(duì)在設(shè)備設(shè)計與搭建方面同樣成果斐然。針對傳統(tǒng)多重?zé)晒獬上裨O(shè)備依賴切換濾光片實(shí)現(xiàn)多通道成像，無法實(shí)時同步收集不同通道熒光信號的問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高時空同步的實(shí)時動態(tài)多重成像裝置。

圖2：X射線-熒光雙模態(tài)成像系統(tǒng) XDC-NIR-II

      該裝置能夠?qū)蓚€不同通道的熒光信號進(jìn)行實(shí)時同步收集，通過體外不同熒光探針同時修飾的不同微球運(yùn)動模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其在保證雙通道高度同步時空成像上的可靠性，為活體實(shí)時動態(tài)多重?zé)晒獬上竦於藞詫?shí)基礎(chǔ)。利用這一成像裝置與開發(fā)的*近紅外稀土熒光探針相結(jié)合，團(tuán)隊(duì)*實(shí)現(xiàn)了在1500 - 1700nm波段的活體實(shí)時動態(tài)多重成像，在生物組織精細(xì)結(jié)構(gòu)水平研究中展現(xiàn)出巨大潛力。

三、前沿應(yīng)用探索，助力多領(lǐng)域研究突破

      在腦血管研究中，通過對不同近紅外稀土熒光探針進(jìn)行功能化修飾，團(tuán)隊(duì)*區(qū)分了活體小鼠腦部血管網(wǎng)絡(luò)中的各級血管。利用激素刺激小鼠模擬神經(jīng)對血流的調(diào)控作用，在不開顱的情況下，實(shí)現(xiàn)了對小鼠動脈血管舒縮運(yùn)動的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，為血液動力學(xué)研究提供了*信息。

圖3：小鼠腦血管顯微成像

      在免疫反應(yīng)研究領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)利用*近紅外稀土熒光探針特異性標(biāo)記小鼠的中性粒細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了在單細(xì)胞水平上對免疫反應(yīng)的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測。能夠清晰觀察到單個中性粒細(xì)胞在皮下炎癥部位及腦損傷部位趨化性、外滲、激活等過程，避免了傳統(tǒng)成像方法開辟視窗對觀測結(jié)果的干擾，為深入了解細(xì)胞免疫反應(yīng)機(jī)制提供了全新思路。

      相信在團(tuán)隊(duì)的持續(xù)努力下，活體光學(xué)成像分析技術(shù)將不斷發(fā)展完善，為生命科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)工程以及臨床診斷治療等領(lǐng)域帶來更多的突破與創(chuàng)新，助力解決更多人類面臨的健康挑戰(zhàn)，推動相關(guān)領(lǐng)域邁向新的高度。