小动物近红外二区活体成像 ——新一代大深度、高时空分辨率、动态实时活体荧光检测系统

在众多的医学成像检测手段中，如光学成像、正电子发射型计算机断层显像(PET)、计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像(PA)等成像手段，光学成像具有无放射毒性、速度快、检测限低、分辨率高等优势。

然而，传统荧光成像技术存在一个显著的缺点是探测深度相对较低，光子穿透能力受光子在生物组织的吸收以及散射影响，荧光成像的噪音与背景一般来源于生物组织的自体荧光以及光子散射。由于光折射率在微观尺度上存在的不均一性，生物组织体对光具有强散射性，然而这些散射一般随着光的波长增长呈指数性衰减。

2003年，哈佛医学院的Frangioni教授和麻省理工学院的Bawendi教授等人预测了大于1000nm的光学窗口具有很大的深度成像潜力。2009年，斯坦福大学戴宏杰教授团队利用单壁碳纳米管成功实现了首例大于1000nm的近红外活体荧光成像。随后的研究确定下来l000-1700nm为近红外二区成像窗口（NIR II）。

多种生物成分在可见-近红外波段的光吸收特性

（a）水分子的吸收光谱；（b）血红蛋白/氧合血红蛋白的吸收光谱；（c）皮下脂肪组织的吸收光谱；（d）黑色素的吸收光谱

相对于传统的可见光(400～750 nm)和近红外一区(NIR I，750～900 nm)荧光成像技术，近红外二区(NIR II，1000～1700 nm)的发射波长更长，可显著降低生物组织内光子的散射，增强生物组织的光吸收，具有穿透深度大，空间分辨率高，速度快等优势，被誉为下一代荧光成像技术。结合红外二区的生物荧光探针，可应用于血管造影、肿瘤成像、脏器成像、淋巴管与淋巴结成像、肠道菌群成像、手术导航、药理药效评价及药物内分布等众多研究中。

近红外二区小动物活体成像系统是新一代的具有900~1700 nm荧光波长探测范围的活体成像仪器，其克服了传统荧光成像难以在深层组织成像的问题，具有更深的穿透深度、更少的背景散射和生物组织自发光干扰、更高的信噪比，能够获得更高分辨率的图片。同时其也具有无创，成本低等优点，广泛应用于分析化学、化学生物学和生物医学领域，是基础生物研究，药物研发和临床应用中最为有效的实时成像手段之一。适用于小动物研究领域。

此外还有高分辨近红外二区活体显微镜可实现对样品的高分辨显微荧光成像。从细胞尺度的分子机理研究，到活体尺度的多器官协同作用进行深入的研究，为科学家提供一整套的跨尺度光学成像方案。其光路系统具备升级3D（NIR-II光谱 ，共聚焦）的潜在优势。适用于小动物的细小组织与细胞层面研究。

近红外二区成像NIR-Il in-vivo imaging

近红外二区（NIR-II，900-1700 nm) 荧光成像是分析化学、化学生物学和生物医学中一个新兴、重要且活跃的研究领域。其克服了传统荧光成像难以在深层组织成像的问题，具有更深的穿透深度、更少的背景散射和自荧光、更高的信噪比，能够获得更高分辨率的图片。同时其也具有无创，成本低等优点，是基础生物研究，药物研发和临床应用中最为有效的实时成像手段之一。 

全光谱成像 Full Spectrum

全光谱（可见光-近红外一区/二区）活体荧光成像系统，具备300-1700 nm双光路设计，可实现高灵敏度生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）成像。首次实现了全光谱范围内的双通道高帧频（>100 fps）与长时间曝光（>30 mins）的信号采集能力，且可实现全光谱双光路的同时成像。深制冷探测器，最大程度上抑制暗噪声，提升弱光采集的灵敏度。

全视野 Cross-Scale

成像系统首创的全视野成像能力，满足了从微观到宏观成像视野的需求（1.5-250 mm），极大丰富了用户的使用场景：肿瘤微环境、脑部精细成像、斑马鱼、眼部血管、神经成像、小鼠大鼠整体成像，到兔、犬、猴大动物的局部成像等均可轻松实现。NIR-II成像光路镜片均采用了900-1700 nm高透射率光学镀膜（透射率>99%）。

高灵敏度

成像系统的核心相机均采用了业界知名的Teledyne Princeton Instruments的NIRvana系列，具有高灵敏度，低噪声，高速成像等优势。采用液氮制冷系列，最低可达-190℃，适合单分子级超微荧光成像。高速系列最高可大于250帧每秒，适合荧光寿命，血管照影，手术导航等。拥有更大的动态范围，实现强信号与弱信号的同时监测，为药物代谢，肿瘤转移等研究提供更可靠的定量分析。

可拓展X-ray / CT 模块

近红外二区小动物活体成像系统是市场上首台可嵌入小动物荧光成像系统的桌面式 X-ray激发/CT成像模块，系统顶部配置一块铅玻璃，在隔离射线辐射的情况下，让350-1700 nm的 光透射出射线腔，实现X-ray激发的荧光成像，CT-荧光三维共定位等。

荧光寿命与高精度激光器

系统采用了高精度控制的电子门控激光器（下降沿优于900ns），方便用户在荧光强度成像与荧光寿命成像之间快速切换，而无需繁琐的硬件系统（如斩波器等），且荧光寿命精度可达15μs。MARS系统内的激光器均为自主研发生产，全水冷散热，无噪声无震动，输出功率大于10W。

活体多模态成像设计

采用模块化的结构设计，可进行后期功能扩展，整合近红外一区荧光成像，超声，光声，CT断层扫描，荧光寿命，PET-C，MRI等系统，实现多模态成像解决方案。其遮光外壳、上下机体可分离组合，带来更加自由的实验平台。

（单壁碳纳米管）

（半导体量子点）

几种具有NIR-II荧光发射的水溶性小分子染料

（a）ICG 的化学结构、（b）MB 的化学结构、（c）（d）两种聚次甲基结构的NIR-II荧光染料、（e）（f）为两种 DAD结构的NIR-II荧光染料

荧光探针与实验服务

我们与众多科研院所合作，为用户提供丰富的荧光探针选择方案：小分子，量子点，AIE，稀土纳米探针等；可满足肿瘤靶向，血管造影，淋巴标记，细胞体内追踪，药物筛选，体内分布等众多应用。同时团队具有丰富的生物学实验设计与数据分析经验，可为用户提供生物成像的培训及N3服务。

体内骨靶向药物设计研究

叠氮化物是一种重要的化学官能团，在化学生物学中有着广泛的应用。然而，叠氮化物对化合物体内行为的影响很少被研究。本文将叠氮化物引入用于近红外窗口二（NIR-II）骨骼成像的荧光染料中。Xiaoqing Zhang等研究人员设计并合成了一种小分子NIR-II染料，用叠氮化物封端的N₃-FEP-4T和没有叠氮化物封帽的FEP-4T。

使用N₃-FEP-4T在对BALB/c小鼠与进行实时俯卧位及仰卧位NIR-II荧光成像。并计算N₃-FEP-4T和FEP-4T的脊柱-软组织荧光比值。再使用N₃-FEP-4T对整个骨骼系统进行NIR-II荧光成像。分别获得背肋骨和胸椎、腰椎和棘/横突、髂骨和骶骨、尾椎、颅骨和上颌、胸骨和胸骨肋骨、胫骨和股骨以及髌骨、跖骨和指骨的立体显微镜荧光图像。在骨质疏松小鼠中使用N₃-FEP-4T NIR-II荧光团进行体内/体外骨特异性成像。并对正常小鼠和骨质疏松小鼠的QCT获得的骨密度。体外测定显示，N₃-FEP-4T的羟基磷灰石积累和巨噬细胞摄取分别是FEP-4T的5倍和5.6倍。此外，N₃-FEP-4T显示出更高的骨摄取和更好的NIR-II骨成像质量，证明了含叠氮化物探针的特异性骨靶向能力。N₃-FEP-4T随后被进一步成功地用于骨质疏松症NIR-II成像。这可能为实现除经典的磷酸盐修饰外的另一种体内骨靶向设计策略。

玉研仪器提供完整的小动物活体光学成像系统，并可个性化定制，满足不同需求。近红外二区小动物活体成像系统与高分辨近红外二区活体显微镜两套定制的光学方案能实现不同场景的实验需求，从大视场下对小鼠的整体拍摄，到局部的微观分析，独特的光学解决方案在保证空间分辨率的前提下，为您提供优异的光通量与信号强度。结合红外二区的生物荧光探针，可应用于血管造影、肿瘤成像、脏器成像、淋巴管与淋巴结成像、肠道菌群成像、手术导航、药理药效评价及药物内分布等众多研究中。

中科院上海药物所

中科院深圳先进技术研究院

南方科技大学

深圳大学

西安交通大学

浙江大学附属丽水中心医院

高州市人民医院

广州省第二人民医院

海南大学

北京师范大学

深圳市第二人民医院

华东理工大学

厦门大学

复旦大学

浙江大学

深圳市人民医院

哈尔滨工业大学

北京化工大学

福建医科大学

广州中医药大学

华中科技大学

齐鲁理工学院

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