NIR-II SAIS 近红外二区活体小动物荧光成像系统

        目前常见的分子影像技术如X-射线成像、断层扫描成像（CT）、磁共振成像（MRI）和超声成像（US）被用于对疾病等的医疗诊断，但这些方法具有较差的空间分辨率及其无法实现动态实时监测等缺点。

        近红外二区成像（900-1700nm）与可见光成像（400-900nm）相比，因其在样品中的散射与吸收系数更小，因此具有更高的成像分辨率与穿透深度。近红外二区成像系统针对小动物成像分辨率一般可达30um，能对细小的血管直接成像；穿透深度大致为2cm，即便是小鼠最深的脏器发出的信号也能被检测到。

        近红外二区光学成像技术以其高灵敏度和高时空分辨率等优点，为微小肿瘤/转移瘤及肿瘤相关血管的检测和研究提供了一种新的无损检测成像手段，在生物医学和临床诊断中发挥着重要作用。在过去几年里，研究者们致力于研究近红外NIR-I窗口（700 nm~900 nm）的荧光成像，但是由于生物组织在这个波段范围内有很强的吸收和散射，致使其信噪比和组织穿透深度都比较低。

        新一代的近红外二区光学成像（NIR-II，1000-1700 nm）在成像灵敏度、穿透深度和空间分辨率方面有着显著提高。因此，近年来，位于近红外第二窗口（NIR-II，1000 nm~1700 nm）的材料得到了广泛的关注，在这个波段，生物组织自身的吸收和散射弱，这样就可以极大地提高成像质量和穿透深度。

        近红外二区成像已成为活体成像领域的研究热点，近红外光区的荧光标记通常是纳米材料，现阶段已陆续有实验室研发出近红外二区有机小分子荧光染料，相信这将极大的推动近红外二区成像技术在生物医学研究领域的应用与发展。

        目前，一些无机材料如稀土下转换纳米颗粒、碳纳米管、量子点以及少数有机染料能够实现NIR-II的发射，但是它们的激发波长都位于近红外一窗口内。因此，开发激发波长和发射波长都位于NIR-II的材料成为目前生物成像的热点。

近红外二区（NIR-II）小动物活体荧光成像系统----沈阳莫德医药

别名：

NIR-II红外相机，NIR-II红外制冷相机，NIR-II红外低温相机，

NIR-II红外成像，NIR-II红外制冷成像，NIR-II红外低温成像，

NIR-II近红外成像相机，NIR-II近红外制冷成像相机，NIR-II近红外低温成像相机

NIR-II近红外科研成像相机，NIR-II近红外科研制冷成像相机，NIR-II近红外科研低温成像相机，

NIR-II近红外二区荧光成像相机，NIR-II近红外二区荧光制冷成像相机，NIR-II近红外二区荧光低温成像相机，

相机部分：

1、InGaAs 成像模块采用TEC电制冷方式，芯片工作温度达到-60℃或更低，且芯片工作温度可调；

2、InGaAs成像模块有效像素数量不少于640 x 512，每个像元尺寸不小于15微米；

3、InGaAs成像模块在900-1700nm具有高灵敏度，量子效率不低于70%；

4、对于微弱信号可实现不短于99秒的连续曝光；

5、能够实现近红外二区与彩色可见光的实时同步成像，且精确融合图像能够实时展示。

6、近红外二区成像具备过曝光预警功能。成像窗宽窗位可手动自由调节。且具备灰度图像自动增强功能。

7、可见光成像部分具备自动增益，自动曝光，自动白平衡功能，能够自动进行伽马矫正。融合算法*，用户可以根据需求确定近红外与可见光融合的有效阈值。

8、红外图像、可见光图像和二者融合图像可以同时显示。拍照和录像数据可一键采集，且拍照和录像保存后可再次进行后续数据分析并不失融合。

9、成像参数与激光激发参数能够自动保存。

激光部分：

1、荧光激发光源采用两种波长激光光源（808nm, 980 nm），功率可调且总功率≥20瓦；

2、每种荧光激发光源各采用两根液芯匀光光纤，分布两侧，保证全照射。

3、每根光纤末端配备准直器，可调整荧光激发光的均匀照射。

4、可通过系统软件实现激光控制。

5、激光参数自动保存在成像参数中。

暗室及控制系统：

1、标配软件具备成像参数设置功能，如曝光时间、增益、相机工作温度、内外触发等，具备红外成像窗宽/窗位手动和自动调节功能；

2、可通过软件去除背景，实现成像的平场校正等功能；

3、能够实现100μs寿命材料的荧光寿命成像；

4、可同时装载至少5个发射光滤片，标配滤片数量不少于4个；

5、具备荧光寿命成像专用软件模块，可通过软件调节激发光照明时间、相机曝光时间和激发光与相机曝光间隔时间，具有延时成像能力；

6、寿命图像与材料单光子寿命分析结果误差在10μs以内；

7、具备5通道以上小动物气体麻醉功能；

8、能够实现小鼠全身成像和局部成像，视野范围可调，max视野范围不小于10cm x 8cm；

9、动物载物台可电控升降，行程不小于50cm；

10、动物载物台具有加温保暖功能；

应用：

适合从事生物学、医学、天文学等科研工作者，特别适用于生物医学荧光成像、材料学荧光成像、荧光偏振成像、荧光寿命成像、天文成像和激光光斑分析等多种科研领域及军事、安防等应用领域。

NIR-I区与NIR-II区，成像范围、深度、清晰度对比：

近红外二区成像在不通波长下成像比较：

通过尾静脉注射PBS溶液中的NM-NPs雌性BALB/c小鼠。用1000LP、1250LP、1400LP滤光片进行160mW cm−2808 nm激光激发，当波长在1000~1400 nm之间变化时，血管的清晰度明显提高，1400LP滤光片NIR-II荧光成像的空间分辨率明显提高，清晰度显著提高。

近红外二区成像用于药代释放测试

特定器官和组织中的药物浓度通常用破坏性方法测量，费时费力。针对小剂量毒性药物，可使用功能化的红外探针，与药物接触时发光峰会发生削弱与红移，以实现对药物的检测。将纳米探针放入可长时间存留于生物体内的条形生物膜中，并植入皮下、腹腔内等不同腔室，药物在腹膜内释放后，可检测到内侧纳米探针发光强度减弱与红移。

近红外二区成像用于药代动力学监测

临床前药代动力学(PKs)的常用方法为在不同的时间点抽取血液，并通过不同的分析方法对血液水平进行定量。NIR-II可以通过测量麻醉小鼠眼睛和其他身体区域中标记化合物的荧光强度，无损地连续监测血液水平。通过非侵入性眼睛成像测量的血液水平与通过经典方法产生的结果之间有很好的相关性。全身成像显示预期区域(如肝脏、骨骼)有化合物积聚。所以眼睛和全身荧光成像的结合能够同时测量血液PKs和荧光标记化合物的生物分布。

近红外二区成像在缺血性脑卒中应用：

（RENPs应用于近红外二区脑血管成像）

稀土纳米颗粒（RENPs）是一类稀土离子掺杂的荧光纳米材料，能够在近红外光激发下发射出位于第二近红外区的荧光。且其具有长荧光寿命、窄发射谱带、高光/化学稳定性、低毒性和可调谐荧光发射波长等优势，有望在生物分析和疾病诊断等领域发挥重要作用。利用染料敏化RENPs的复合材料，成功实现了非侵入性、高分辨率脑血管成像，清晰观察到脑血管网络结构及细小的毛细血管结构，并可实时监测生理过程中血液动力学及血管结构的变化。

（比率型近红外二区纳米探针监测脑卒中示意图）

缺血性脑卒中（Ischemic Stroke, IS）是导致长期残疾以及死亡的主要原因之一，该疾病的严重程度具有时间依赖性，及时评估IS对于该疾病的治疗以及预后起着至关重要的作用。利用比率型近红外二区纳米探针可有效富集在脑缺血病灶位点，可视化氧化应激水平用于及时评估IS。利用近红外二区成像的优势，该探针具有深层的脑组织穿透深度；基于目标物调控染料敏化RENPs发光的原理，该探针对高活性氧物种呈现优异的响应性能。综合以上功能，该探针通过可视化探针在病灶位点的富集程度以及氧化应激水平，在IS发生30min时即可对其进行监测，并评估其严重程度（传统磁共振成像则在IS发生24h才可观察到显著的信号变化）。

近红外二区成像用于心肌梗死监测

利用近红外荧光成像的优越采集速度和近红外发射纳米粒子的有效选择性靶向，在急性梗塞事件后仅几分钟就获得了梗塞心脏的体内图像。

近红外二区成像用于慢性肝脏疾病无损监测

（a、高脂饮食小鼠模型中，体内肝脏处的自发荧光 b、离体肝脏的荧光成像）

准非酒精性脂肪性肝病（NAFLD），由于缺乏用于监测炎症和肝纤维化进程的无损方法，肝活检仍是临床诊断NAFLD的金标。非酒精性脂肪性肝病的病理发展中氧化应激是关键驱动力之一，肝损伤和坏死性炎症由驱动纤维化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介导，内源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副产物，在808nm激光激发下，能够在近红外范围内被检测到，因此脂褐素的红外成像用于无损评估坏死性炎症活动和纤维化阶段，实现慢性肝病的无损监测。

近红外二区成像用于阿尔兹海默症监测

近红外荧光(NIRF)成像已广泛用于临床前研究；然而，它的低组织穿透性对于神经退行性疾病的转化临床成像来说是一个令人生畏的问题。视网膜是中枢神经系统(CNS)的延伸，被广泛认为是大脑的窗口。因此，视网膜可以被认为是研究神经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荧光探针标记淀粉样蛋白β(aβ)，并利用成像系统对眼部进行观察可以明显观察到患病前后及治疗前后眼部的荧光强度的差异，进而在未来的人类研究中具有显著的转化潜力，并可能成为未来快速、廉价、可获得和可靠筛查AD的潜在成像技术。

近红外二区成像用于体内脂质积累情况监测

细胞中脂质异常积累，通常预示着动脉硬化、脂肪肝等疾病。采用单壁碳纳米管荧光探针，通过近红外发射无损测量细胞中的脂质积累。在注射24 h后，探针富集在肝脏部位，与脂质结合后会使发光峰蓝移，积累越多则蓝移现象越明显，由此实现对脂质的定量检测。该方法可广泛应用于简化药物开发过程，并推动脂质相关疾病的研究。

近红外二区成像联合酶激活的纳米探针用于术中进行快速组织病理学分析

准确的分析病理组织是肿瘤手术成功的关键之一，一种可被基质金属蛋白酶(MMP)14激活的NIR-II纳米探针A&MMP@Ag2S-AF7P，可用于体内外神经母细胞瘤诊断和非破坏性的组织病理学分析。

（1）A&MMP@Ag2S-AF7P在正常组织中的荧光可以忽略不计；但是在神经母细胞瘤组织中，其荧光信号会由于过表达的MMP14抑制了Ag2S量子点和A1094之间的荧光共振能量转移(FRET)过程而被快速激活。

（2）与此同时,暴露的膜渗透多肽R9 (TAT-peptide)可以使得该纳米探针被癌细胞有效地内化，进而产生优越的T/N组织信号比值。该探针可以对病灶进行富集定位通过红外二区实时成像描绘出明确的肿瘤边缘，用于癌症手术或组织活检。

近红外二区成像指导肿瘤摘除手术

NIR-II成像的高灵敏度可对肿瘤组织进行精准定位。利用靶向NIR-II荧光探针成像并引导进行小鼠头部肿瘤切除手术。实验分两组进行，在全切除手术后(左二)，选区线扫结果显示病灶部位近红外信号明显减弱，与健康组织相似，在对比实验(右二，人为留下少部分肿瘤组织)中则观察到部分区域仍存在高强度信号，肿瘤组织的切除并不全，表明NIR-II在肿瘤摘除手术中具有潜在的指导作用。

近红外二区NIR-II协同肿瘤光热治疗

纳米粒子(NPs)辅助光热疗法(PTT)是一种有前途的癌症治疗方式，并且已经吸引了科学主流的注意。利用聚集诱导发射(AIE)纳米颗粒和肿瘤细胞来源的“外泌体帽”(TT3-oCB NP@EXOs)制备具有增强的第二近红外(NIR-II，900–1700nm)荧光特性和PTT功能。由于它们在808 nm照射下具有高且稳定的光热转换能力，因此TT3-oCB NP@EXOs可以用作仿生的NPs用于NIR-II荧光成像引导的肿瘤PTT，因此，随着其他靶向性差的AIE纳米粒子的验证，肿瘤细胞衍生的EXO/AIE纳米粒子杂化纳米囊泡可能为改善肿瘤诊断和PTT提供一种替代的人工靶向策略。

近红外二区成像测试荧光寿命

左图：荧光成像 右图：荧光寿命成像