目前常見的分子影像技術(shù)如X-射線成像、斷層掃描成像（CT）、磁共振成像（MRI）和超聲成像（US）被用于對疾病等的醫(yī)療診斷，但這些方法具有較差的空間分辨率及其無法實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)測等缺點。

        近紅外二區(qū)成像（900-1700nm）與可見光成像（400-900nm）相比，因其在樣品中的散射與吸收系數(shù)更小，因此具有更高的成像分辨率與穿透深度。近紅外二區(qū)成像系統(tǒng)針對小動物成像分辨率一般可達30um，能對細小的血管直接成像；穿透深度大致為2cm，即便是小鼠最深的臟器發(fā)出的信號也能被檢測到。

        近紅外二區(qū)光學成像技術(shù)以其高靈敏度和高時空分辨率等優(yōu)點，為微小腫瘤/轉(zhuǎn)移瘤及腫瘤相關(guān)血管的檢測和研究提供了一種新的無損檢測成像手段，在生物醫(yī)學和臨床診斷中發(fā)揮著重要作用。在過去幾年里，研究者們致力于研究近紅外NIR-I窗口（700 nm~900 nm）的熒光成像，但是由于生物組織在這個波段范圍內(nèi)有很強的吸收和散射，致使其信噪比和組織穿透深度都比較低。

        新一代的近紅外二區(qū)光學成像（NIR-II，1000-1700 nm）在成像靈敏度、穿透深度和空間分辨率方面有著顯著提高。因此，近年來，位于近紅外第二窗口（NIR-II，1000 nm~1700 nm）的材料得到了廣泛的關(guān)注，在這個波段，生物組織自身的吸收和散射弱，這樣就可以極大地提高成像質(zhì)量和穿透深度。

        近紅外二區(qū)成像已成為活體成像領(lǐng)域的研究熱點，近紅外光區(qū)的熒光標記通常是納米材料，現(xiàn)階段已陸續(xù)有實驗室研發(fā)出近紅外二區(qū)有機小分子熒光染料，相信這將極大的推動近紅外二區(qū)成像技術(shù)在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域的應用與發(fā)展。

        目前，一些無機材料如稀土下轉(zhuǎn)換納米顆粒、碳納米管、量子點以及少數(shù)有機染料能夠?qū)崿F(xiàn)NIR-II的發(fā)射，但是它們的激發(fā)波長都位于近紅外一窗口內(nèi)。因此，開發(fā)激發(fā)波長和發(fā)射波長都位于NIR-II的材料成為目前生物成像的熱點。

近紅外二區(qū)（NIR-II）小動物活體熒光成像系統(tǒng)----沈陽莫德醫(yī)藥

別名：

NIR-II紅外相機，NIR-II紅外制冷相機，NIR-II紅外低溫相機，

NIR-II紅外成像，NIR-II紅外制冷成像，NIR-II紅外低溫成像，

NIR-II近紅外成像相機，NIR-II近紅外制冷成像相機，NIR-II近紅外低溫成像相機

NIR-II近紅外科研成像相機，NIR-II近紅外科研制冷成像相機，NIR-II近紅外科研低溫成像相機，

NIR-II近紅外二區(qū)熒光成像相機，NIR-II近紅外二區(qū)熒光制冷成像相機，NIR-II近紅外二區(qū)熒光低溫成像相機，

相機部分：

1、InGaAs 成像模塊采用TEC電制冷方式，芯片工作溫度達到-60℃或更低，且芯片工作溫度可調(diào)；

2、InGaAs成像模塊有效像素數(shù)量不少于640 x 512，每個像元尺寸不小于15微米；

3、InGaAs成像模塊在900-1700nm具有高靈敏度，量子效率不低于70%；

4、對于微弱信號可實現(xiàn)不短于99秒的連續(xù)曝光；

5、能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外二區(qū)與彩色可見光的實時同步成像，且精確融合圖像能夠?qū)崟r展示。

6、近紅外二區(qū)成像具備過曝光預警功能。成像窗寬窗位可手動自由調(diào)節(jié)。且具備灰度圖像自動增強功能。

7、可見光成像部分具備自動增益，自動曝光，自動白平衡功能，能夠自動進行伽馬矯正。融合算法*，用戶可以根據(jù)需求確定近紅外與可見光融合的有效閾值。

8、紅外圖像、可見光圖像和二者融合圖像可以同時顯示。拍照和錄像數(shù)據(jù)可一鍵采集，且拍照和錄像保存后可再次進行后續(xù)數(shù)據(jù)分析并不失融合。

9、成像參數(shù)與激光激發(fā)參數(shù)能夠自動保存。

激光部分：

1、熒光激發(fā)光源采用兩種波長激光光源（808nm, 980 nm），功率可調(diào)且總功率≥20瓦；

2、每種熒光激發(fā)光源各采用兩根液芯勻光光纖，分布兩側(cè)，保證全照射。

3、每根光纖末端配備準直器，可調(diào)整熒光激發(fā)光的均勻照射。

4、可通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)激光控制。

5、激光參數(shù)自動保存在成像參數(shù)中。

暗室及控制系統(tǒng)：

1、標配軟件具備成像參數(shù)設置功能，如曝光時間、增益、相機工作溫度、內(nèi)外觸發(fā)等，具備紅外成像窗寬/窗位手動和自動調(diào)節(jié)功能；

2、可通過軟件去除背景，實現(xiàn)成像的平場校正等功能；

3、能夠?qū)崿F(xiàn)100μs壽命材料的熒光壽命成像；

4、可同時裝載至少5個發(fā)射光濾片，標配濾片數(shù)量不少于4個；

5、具備熒光壽命成像專用軟件模塊，可通過軟件調(diào)節(jié)激發(fā)光照明時間、相機曝光時間和激發(fā)光與相機曝光間隔時間，具有延時成像能力；

6、壽命圖像與材料單光子壽命分析結(jié)果誤差在10μs以內(nèi)；

7、具備5通道以上小動物氣體麻醉功能；

8、能夠?qū)崿F(xiàn)小鼠全身成像和局部成像，視野范圍可調(diào)，max視野范圍不小于10cm x 8cm；

9、動物載物臺可電控升降，行程不小于50cm；

10、動物載物臺具有加溫保暖功能；

應用：

適合從事生物學、醫(yī)學、天文學等科研工作者，特別適用于生物醫(yī)學熒光成像、材料學熒光成像、熒光偏振成像、熒光壽命成像、天文成像和激光光斑分析等多種科研領(lǐng)域及軍事、安防等應用領(lǐng)域。

NIR-I區(qū)與NIR-II區(qū)，成像范圍、深度、清晰度對比：

近紅外二區(qū)成像在不通波長下成像比較：

通過尾靜脈注射PBS溶液中的NM-NPs雌性BALB/c小鼠。用1000LP、1250LP、1400LP濾光片進行160mW cm?2808 nm激光激發(fā)，當波長在1000~1400 nm之間變化時，血管的清晰度明顯提高，1400LP濾光片NIR-II熒光成像的空間分辨率明顯提高，清晰度顯著提高。

近紅外二區(qū)成像用于藥代釋放測試

特定器官和組織中的藥物濃度通常用破壞性方法測量，費時費力。針對小劑量毒性藥物，可使用功能化的紅外探針，與藥物接觸時發(fā)光峰會發(fā)生削弱與紅移，以實現(xiàn)對藥物的檢測。將納米探針放入可長時間存留于生物體內(nèi)的條形生物膜中，并植入皮下、腹腔內(nèi)等不同腔室，藥物在腹膜內(nèi)釋放后，可檢測到內(nèi)側(cè)納米探針發(fā)光強度減弱與紅移。

近紅外二區(qū)成像用于藥代動力學監(jiān)測

臨床前藥代動力學(PKs)的常用方法為在不同的時間點抽取血液，并通過不同的分析方法對血液水平進行定量。NIR-II可以通過測量麻醉小鼠眼睛和其他身體區(qū)域中標記化合物的熒光強度，無損地連續(xù)監(jiān)測血液水平。通過非侵入性眼睛成像測量的血液水平與通過經(jīng)典方法產(chǎn)生的結(jié)果之間有很好的相關(guān)性。全身成像顯示預期區(qū)域(如肝臟、骨骼)有化合物積聚。所以眼睛和全身熒光成像的結(jié)合能夠同時測量血液PKs和熒光標記化合物的生物分布。

近紅外二區(qū)成像在缺血性腦卒中應用：

（RENPs應用于近紅外二區(qū)腦血管成像）

稀土納米顆粒（RENPs）是一類稀土離子摻雜的熒光納米材料，能夠在近紅外光激發(fā)下發(fā)射出位于第二近紅外區(qū)的熒光。且其具有長熒光壽命、窄發(fā)射譜帶、高光/化學穩(wěn)定性、低毒性和可調(diào)諧熒光發(fā)射波長等優(yōu)勢，有望在生物分析和疾病診斷等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。利用染料敏化RENPs的復合材料，成功實現(xiàn)了非侵入性、高分辨率腦血管成像，清晰觀察到腦血管網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及細小的毛細血管結(jié)構(gòu)，并可實時監(jiān)測生理過程中血液動力學及血管結(jié)構(gòu)的變化。

（比率型近紅外二區(qū)納米探針監(jiān)測腦卒中示意圖）

缺血性腦卒中（Ischemic Stroke, IS）是導致長期殘疾以及死亡的主要原因之一，該疾病的嚴重程度具有時間依賴性，及時評估IS對于該疾病的治療以及預后起著至關(guān)重要的作用。利用比率型近紅外二區(qū)納米探針可有效富集在腦缺血病灶位點，可視化氧化應激水平用于及時評估IS。利用近紅外二區(qū)成像的優(yōu)勢，該探針具有深層的腦組織穿透深度；基于目標物調(diào)控染料敏化RENPs發(fā)光的原理，該探針對高活性氧物種呈現(xiàn)優(yōu)異的響應性能。綜合以上功能，該探針通過可視化探針在病灶位點的富集程度以及氧化應激水平，在IS發(fā)生30min時即可對其進行監(jiān)測，并評估其嚴重程度（傳統(tǒng)磁共振成像則在IS發(fā)生24h才可觀察到顯著的信號變化）。

近紅外二區(qū)成像用于心肌梗死監(jiān)測

利用近紅外熒光成像的*采集速度和近紅外發(fā)射納米粒子的有效選擇性靶向，在急性梗塞事件后僅幾分鐘就獲得了梗塞心臟的體內(nèi)圖像。

近紅外二區(qū)成像用于慢性肝臟疾病無損監(jiān)測

（a、高脂飲食小鼠模型中，體內(nèi)肝臟處的自發(fā)熒光 b、離體肝臟的熒光成像）

準非酒精性脂肪性肝病（NAFLD），由于缺乏用于監(jiān)測炎癥和肝纖維化進程的無損方法，肝活檢仍是臨床診斷NAFLD的金標。非酒精性脂肪性肝病的病理發(fā)展中氧化應激是關(guān)鍵驅(qū)動力之一，肝損傷和壞死性炎癥由驅(qū)動纖維化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介導，內(nèi)源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副產(chǎn)物，在808nm激光激發(fā)下，能夠在近紅外范圍內(nèi)被檢測到，因此脂褐素的紅外成像用于無損評估壞死性炎癥活動和纖維化階段，實現(xiàn)慢性肝病的無損監(jiān)測。

近紅外二區(qū)成像用于阿爾茲海默癥監(jiān)測

近紅外熒光(NIRF)成像已廣泛用于臨床前研究；然而，它的低組織穿透性對于神經(jīng)退行性疾病的轉(zhuǎn)化臨床成像來說是一個令人生畏的問題。視網(wǎng)膜是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的延伸，被廣泛認為是大腦的窗口。因此，視網(wǎng)膜可以被認為是研究神經(jīng)退行性疾病的替代器官，并且眼睛由于其高透明性而代表理想的NIRF成像器官。利用CRANAD-X熒光探針標記淀粉樣蛋白β(aβ)，并利用成像系統(tǒng)對眼部進行觀察可以明顯觀察到患病前后及治療前后眼部的熒光強度的差異，進而在未來的人類研究中具有顯著的轉(zhuǎn)化潛力，并可能成為未來快速、廉價、可獲得和可靠篩查AD的潛在成像技術(shù)。

近紅外二區(qū)成像用于體內(nèi)脂質(zhì)積累情況監(jiān)測

細胞中脂質(zhì)異常積累，通常預示著動脈硬化、脂肪肝等疾病。采用單壁碳納米管熒光探針，通過近紅外發(fā)射無損測量細胞中的脂質(zhì)積累。在注射24 h后，探針富集在肝臟部位，與脂質(zhì)結(jié)合后會使發(fā)光峰藍移，積累越多則藍移現(xiàn)象越明顯，由此實現(xiàn)對脂質(zhì)的定量檢測。該方法可廣泛應用于簡化藥物開發(fā)過程，并推動脂質(zhì)相關(guān)疾病的研究。

近紅外二區(qū)成像聯(lián)合酶激活的納米探針用于術(shù)中進行快速組織病理學分析

準確的分析病理組織是腫瘤手術(shù)成功的關(guān)鍵之一，一種可被基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)14激活的NIR-II納米探針A&MMP@Ag2S-AF7P，可用于體內(nèi)外神經(jīng)母細胞瘤診斷和非破壞性的組織病理學分析。

（1）A&MMP@Ag2S-AF7P在正常組織中的熒光可以忽略不計；但是在神經(jīng)母細胞瘤組織中，其熒光信號會由于過表達的MMP14抑制了Ag2S量子點和A1094之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)過程而被快速激活。

（2）與此同時,暴露的膜滲透多肽R9 (TAT-peptide)可以使得該納米探針被癌細胞有效地內(nèi)化，進而產(chǎn)生*的T/N組織信號比值。該探針可以對病灶進行富集定位通過紅外二區(qū)實時成像描繪出明確的腫瘤邊緣，用于癌癥手術(shù)或組織活檢。

近紅外二區(qū)成像指導腫瘤摘除手術(shù)

NIR-II成像的高靈敏度可對腫瘤組織進行精準定位。利用靶向NIR-II熒光探針成像并引導進行小鼠頭部腫瘤切除手術(shù)。實驗分兩組進行，在全切除手術(shù)后(左二)，選區(qū)線掃結(jié)果顯示病灶部位近紅外信號明顯減弱，與健康組織相似，在對比實驗(右二，人為留下少部分腫瘤組織)中則觀察到部分區(qū)域仍存在高強度信號，腫瘤組織的切除并不全，表明NIR-II在腫瘤摘除手術(shù)中具有潛在的指導作用。

近紅外二區(qū)NIR-II協(xié)同腫瘤光熱治療

納米粒子(NPs)輔助光熱療法(PTT)是一種有前途的癌癥治療方式，并且已經(jīng)吸引了科學主流的注意。利用聚集誘導發(fā)射(AIE)納米顆粒和腫瘤細胞來源的“外泌體帽”(TT3-oCB NP@EXOs)制備具有增強的第二近紅外(NIR-II，900–1700nm)熒光特性和PTT功能。由于它們在808 nm照射下具有高且穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換能力，因此TT3-oCB NP@EXOs可以用作仿生的NPs用于NIR-II熒光成像引導的腫瘤PTT，因此，隨著其他靶向性差的AIE納米粒子的驗證，腫瘤細胞衍生的EXO/AIE納米粒子雜化納米囊泡可能為改善腫瘤診斷和PTT提供一種替代的人工靶向策略。

近紅外二區(qū)成像測試熒光壽命

左圖：熒光成像 右圖：熒光壽命成像