一文浅析NIR-II小动物活体荧光成像——上海数联生物市场总监王智华博士

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。

为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题（点击查看），并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。

本期征稿来自于上海数联生物科技有限公司，为广大用户一文浅析近红外二区荧光成像技术及数联生物的核心技术产品。

  本期嘉宾：王智华博士，上海数联生物科技有限公司 市场总监

2017年博士毕业于上海交通大学，专业为生物学。2020年进入复旦大学化学系开展博士后研究工作，随后加入上海数联生物科技有限公司，担任市场总监，拥有交叉学科研究背景，在科学研究与成果转化推广方面具有丰富的经验。参与申请国家专利7项，其中授权6项。小动物活体成像技术 是指应用影像学方法，在不损伤动物的前提下，对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究的技术。通过这项技术可以非侵入式、直观地观测活体动物 体内肿瘤的生长，转移、疾病的发展过程、基因的表达变化等生物学过程。

近红外二区（NIR-II）荧光成像研究背景

在基础研究与临床应用中，荧光成像是改进生物医学检测和图像引导手术的卓越成像方式之一。与传统的x射线计算机断层扫描（CT）、超声成像（US）、核磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）等成像方式相比，荧光成像能够实时监测活体动物体内的基因和细胞变化,具有时空分辨率高、实时检测、在体和非侵入性等优势，在生命科学、药学和医学诊断等领域都有着非常广阔的应用前景。

早期荧光成像所用荧光探针的发射波长是在可见及近红外一区 (可见：400 nm~700 nm，近红外一区：700 nm~900 nm), 该波段的显微荧光成像应用广泛，它们可以给出高信噪比和分辨率的显微光学照片。但是发展至今，该波段的宏观活体荧光成像一直存在明显的弊端：

一、生物组织对该波段具有较大的散射，因此成像分辨率很低，很难透过组织检测到病灶部位或正常血管的准确形态和血流动态过程；

二、生物组织本身对该波段具有一定的吸收，导致组织具有较强的自体荧光，因此成像信噪比较低；

三、生物组织对激发和发射光子的吸收同样会降低活体光学成像的深度。

研究发现，生物组织对NIR-II (900 nm~1700 nm)的光子具有较低的散射和吸收，且生物组织的自身荧光也随着波长的增加而明显降低。因此，基于NIR-II光子进行活体荧光成像可以得到穿透深度更深 (>1 cm)和分辨率更高 (<20 μm)的成像结果, 更利于活体动物体内深层组织的实时监测与生物信息解析。

生物荧光窗口的选择

NIR-II小动物活体荧光成像的基本原理

NIR-II小动物活体荧光成像的基本原理是将麻醉后的活体小动物固定在恒温台上，采用尾静脉注射或者口服等方式将NIR-II荧光探针进入小动物体内，再通过外界激发光源照射小动物后产生荧光信号，荧光信号经过滤光片和镜头后被探测器接收，最后信号传入电脑得到荧光图像。

数联生物的核心产品与服务竞争优势

上海数联生物科技有限公司是一家专注近红外二区荧光影像仪器和探针产品研发以及应用研究的高科技公司，团队共有30余人组成，98%的成员拥有博士&硕士学历。数联生物的用户包括中国、美国、欧洲等众多著名高校、科研机构和医院，技术和产品为其科研项目和医学实验研究提供了有力地支持。

数联生物的荧光影像仪器产品有近红外二区宽场荧光成像系统(NIR-II-ST)、全光谱小动物活体成像系统 (V-NIR-II)、近红外二区显微成像系统(M-NIR-II)，X射线-荧光双模态成像系统 (XDC-NIR-11)，并开发了独特的近红外二区寿命荧光寿命成像系统(NIR-II-LT)，可应用于活体深组织定量监测。近红外二区成像平台对传统成像的穿透深度、空间和时间分辨率都有很大的提升。

近红外二区活体宽场荧光成像系统(NIR-II-ST)

应用实例

铒-细菌叶绿素配合物新型近红外荧光探针实现活体多重成像

(Nature Materials,2021,20,1571-1578)

(左)小鼠后肢不同部位的淋巴结构 (EB766探针)和血管 (DCNP探针)的叠加图。 (右)肝脏、脾脏(Cy7.5探针)和胃肠道(EB766 探针)的叠加图像。

其它应用实例

数联生物的小动物活体成像产品已在复旦大学、同济大学第十人民医院、华东师范大学、厦门大学、中国科学技术大学、上海市皮肤病医院、中科院长春应化所、北大深圳医院、吉林大学、中山大学、新加坡国立大学等多家国内外高校和科研院所交付安装并使用，协助科研人员在顶级期刊上发表SCI论文数十篇。

  参考文献

1. Mengyao Zhao, Benhao Li, Hongxin Zhang*, Fan Zhang*, Chem. Sci., 2021,12, 3448-3459.

2. Caixia Sun+, Benhao Li+, Mengyao Zhao, etc., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(49), 19221-19225. 

3.  Ying Chen, Peng Pei, Zuhai Lei, etc., Angew. Chem. Int. Ed. , 2021, 60, 15809–15815.