热点应用 近红外二区激发和发射的钬敏化镧系纳米晶体工具箱用于生物活体成像

2025年1月2日，某大学教授团队在Journal of the American Chemical Society期刊上发表了一篇题为“An Emerging Toolkit of Ho³⁺ Sensitized Lanthanide Nanocrystals with NIR-II Excitation and Emission for in Vivo Bioimaging”的研究成果（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16451?articleRef=test）。

   生物医学研究中的光学成像能够实时观察生物体内某些区域的特征和状态，提供关于细胞和组织结构的准确和丰富的信息，从而有助于更深入地了解体内复杂的生理和病理过程。其中第二近红外窗口（NIR-II, 1000 ~ 1700 nm）的光学成像由于减少了组织散射和自体荧光，在生物医学检测中具有很大的前景。在众多的NIR-II成像探针中，镧系纳米晶体被认为是理想的活体深部组织成像材料，其具有丰富的横跨NIR-II区域的窄带发射，以及优越的光稳定性和生物相容性。然而，合理设计具有优越激发波长的NIR-II探针以平衡组织散射和水吸收的影响仍然是一个巨大的挑战。

  在这项研究中，作者报告了一系列基于钬敏化的镧系纳米晶体库（HSNCs），其能够在1143纳米的激发波长下产生近红外二区（NIR-II）的可调谐发射。通过精细调节共同掺杂和界面结构中敏化剂和激活剂的组成，*实现了跨越1000-2200 nm范围的可调谐发射，极大地扩展了NIR-II成像探针的工具包。通过深入探索稳态和瞬态发光过程，作者清晰地阐明了钬离子与其他镧系离子之间的能量转移机制。此外，体外和体内成像实验表明，由于光子散射减少和水吸收相对较低，1143 nm光子比镧系纳米材料中常用的经典激发光具有更好的组织穿透性。这些新开发的HSNCs可实现几乎无串扰的三通道NIR-II体内成像。值得注意的是，通过引入在不同波长下激发的镧系纳米材料，成像通道可扩展至六个，从而能够在体内清晰区分多种解剖结构。

图1. (a) 具有核壳结构的NaYF₄: Ho,Ln示意图。(b) NaYF₄: Ho,Er的形貌表征。(c-d)不同波长的组织透过率研究。(e) 钬敏化纳米颗粒所能实现的发射光谱图。

图2. (a) 三通道成像所用探针发射光谱图。(b-e)钬敏化纳米颗粒用于无串扰的三通道成像。(f-j)利用钬敏化纳米颗粒的多发射特性以及和传统激发波长的激发无串扰的特点所实现的六通道成像。

参考文献：

Xusheng Wang,Wenxiao Wu, Baofeng Yun, Liwen Huang, Zi-Han Chen, Jiang Ming, Fuheng Zhai, Hongxin Zhang* and Fan Zhang*. An Emerging Toolkit of Ho³⁺ Sensitized Lanthanide Nanocrystals with NIR-II Excitation and Emission for in Vivo Bioimaging. JACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16451?articleRef=test.

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近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST分别完成了NIR-II窗口的小鼠全身血管成像，肠道实时动态成像以及荷瘤小鼠的血管、胃肠道、淋巴结、肿瘤、肝脏的多重成像。

该小动物活体成像系统功能强大，相机性能优异，多款深度制冷的InGaAs近红外相机可供选择。检测灵敏度高，可实现大视野以及局部小动物高信噪比和高分辨活体成像。开发的软件功能一键操作，可实时反映仪器状态，自动化控制，操控与图像处理一体化，终身免费升级。该成像系统应用场景多样化，可用于小动物近红外二区宽场成像、全光谱成像、近红外二区荧光寿命成像，且成像系统采用了模块化设计，成像功能亦可进一步升级扩展X射线激发模块、CT成像模块、三维成像模块、热成像模块、比率荧光测试、多通道成像与原位光谱测试等。该系统可应用于活体小动物荧光手术导航、脏器成像、肿瘤成像、血管成像、淋巴成像、体内植入物的监测、药物追踪与活体原位疾病检测等。