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

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，團隊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)無機稀土熒光納米探針

      團隊開發(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處實現(xiàn)了近百倍的下轉(zhuǎn)移發(fā)光增強。通過深入研究能量傳遞過程，進一步提升了熒光發(fā)射強度，為近紅外二區(qū)多重熒光成像增添了新的波長選擇。同時，基于Er3?和Ho3?摻雜的近紅外稀土熒光探針在1530nm和1180nm處也實現(xiàn)了不同程度的發(fā)光增強 。這些熒光探針的開發(fā)，為活體光學成像提供了更豐富、更靈敏的標記工具。

二、創(chuàng)新設備搭建，實現(xiàn)實時動態(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備才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。團隊在設備設計與搭建方面同樣成果斐然。針對傳統(tǒng)多重熒光成像設備依賴切換濾光片實現(xiàn)多通道成像，無法實時同步收集不同通道熒光信號的問題，團隊開發(fā)了高時空同步的實時動態(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行實時同步收集，通過體外不同熒光探針同時修飾的不同微球運動模擬實驗，驗證了其在保證雙通道高度同步時空成像上的可靠性，為活體實時動態(tài)多重熒光成像奠定了堅實基礎。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，團隊*實現(xiàn)了在1500 - 1700nm波段的活體實時動態(tài)多重成像，在生物組織精細結(jié)構(gòu)水平研究中展現(xiàn)出巨大潛力。

三、前沿應用探索，助力多領域研究突破

      在腦血管研究中，通過對不同近紅外稀土熒光探針進行功能化修飾，團隊*區(qū)分了活體小鼠腦部血管網(wǎng)絡中的各級血管。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，實現(xiàn)了對小鼠動脈血管舒縮運動的實時動態(tài)監(jiān)測，為血液動力學研究提供了*信息。

圖3：小鼠腦血管顯微成像

      在免疫反應研究領域，團隊利用*近紅外稀土熒光探針特異性標記小鼠的中性粒細胞，實現(xiàn)了在單細胞水平上對免疫反應的實時動態(tài)監(jiān)測。能夠清晰觀察到單個中性粒細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，為深入了解細胞免疫反應機制提供了全新思路。

      相信在團隊的持續(xù)努力下，活體光學成像分析技術(shù)將不斷發(fā)展完善，為生命科學研究、生物醫(yī)學工程以及臨床診斷治療等領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)，推動相關領域邁向新的高度。