研究人員完善和擴(kuò)展近紅外成像窗口

光吸收和散射對熒光捕獲完全有害的根深蒂固的信念促使大多數(shù)研究人員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較少，第二個近紅外窗口 (NIR-II) 中的熒光生物成像提供了令人欽佩的圖像質(zhì)量，尤其是在破譯體內(nèi)深埋信號時。如今，NIR-II熒光成像已經(jīng)在臨床指導(dǎo)復(fù)雜的肝腫瘤手術(shù)。然而，在某種程度上，光吸收的建設(shè)性作用似乎被忽視了。高質(zhì)量圖像的最終呈現(xiàn)甚至使通過延長波長而夸大的散射抑制的積極效果更令人信服，因為吸收同時被認(rèn)為會衰減信號。事實上，一些工作已經(jīng)揭示了由于長光程背景信號的抑制，散射介質(zhì)中吸收誘導(dǎo)的分辨率增強(qiáng)。然而，如何充分利用光吸收來選擇合適的熒光成像窗口仍未明確。

在光科學(xué)與應(yīng)用雜志上發(fā)表的一篇新論文中，由現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室、光學(xué)與電磁研究中心、光學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院、國際先進(jìn)光子學(xué)研究中心的錢軍教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊和同事已經(jīng)完善了解釋 NIR-II 熒光成像優(yōu)異性能的機(jī)制。通過模擬近紅外光子在生物組織中的傳播，他們創(chuàng)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，定義為 NIR-IIx、NIR-IIc 和分別為第三個近紅外 (NIR-III) 窗口。設(shè)計的 PbS/CdS 核殼量子點(CSQDs)在~1100 nm、~1300 nm 和~1450 nm 處具有峰值發(fā)射波長，用作成像探針，他們發(fā)現(xiàn)水的吸收峰周圍的檢測區(qū)域總是能提供大大提高的圖像質(zhì)量，因此 NIR-II 窗口的定義進(jìn)一步完善為 900-1880 nm。NIR-IIx 區(qū)域被證明提供比 NIR-IIb 區(qū)域更出色的熒光圖像。在光吸收的幫助下，進(jìn)行了具有出色成像質(zhì)量的寬視場微觀和宏觀熒光成像。

NIR-II 窗口的一般認(rèn)知指導(dǎo)我們強(qiáng)調(diào)隨著波長的增加散射抑制，但低估了吸收的建設(shè)性影響。事實上，光吸收劑在理論上會優(yōu)先耗盡傳播中的多重散射光子，因為散射光子通過生物介質(zhì)的路徑長度比彈道光子更長(見圖 1)。

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