利用近红外荧光成像导航确保手术的精确度
?近日，复旦大学化学系张凡教授课题组与复旦大学附属妇产科医院徐丛剑教授团队合作，利用近红外探针实现近红外二区荧光成像导航卵巢癌实体瘤和转移灶的精准切除，此方法有望在临床上用于腹腔恶性转移肿瘤的精准手术导航。相关研究论文以《活体内自组装的近红外二区纳米探针用作增强卵巢癌转移灶的手术导航》（“NIR-II Nanoprobes in-vivo Assembly to Improve Image-guided Surgery for Metastatic Ovarian Cancer”）为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications, 2018, 9, 2898）。
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?手术切除通常是恶性肿瘤最常见和最有效的治疗方法之一。然而外科医生触诊和目视检查并不足以确保区分恶性和正常的组织类型，因此可能导致不完全切除或健康组织不必要切除。相比于术前影像学检查及手术中视觉检查及触诊，活体荧光成像技术由于其即时性、高分辨率、高特异性等检测优势，为精准手术导航技术领域提供了较好的应用前景。传统的可见光区（400 - 750 nm）和近红外一区（NIR-I, 750 - 900 nm）荧光，由于其组织穿透深度较浅和严重的自体荧光干扰，极大地限制了荧光成像技术在腹腔以及淋巴结转移病灶在手术导航中的应用。此外，手术切除过程中需要荧光探针具有长效的肿瘤内滞留时间和光稳定性。
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?图1 表面分别修饰配对DNA（L1/L2）和修饰靶向蛋白的近红外探针。对于这两种配对DNA修饰的探针采用两针注入法，通过肝脏、肾脏的快速
用于小分子和生物酶响应的反应型近红外荧光探针近红外荧光探针具有长波长激发、生物体损伤及背景干扰较小等优点,对人类认识生物体内离子、小分子及生物酶等的生理过程具有重要意义。反应型荧光探针因其具有识别不可逆性及较高的检测灵敏度受到广泛关注。 目前已有一些反应型近红外荧光探针的报道,而将其应用于肼、多硫化氢(H2Sn)及人源羧酸酯酶2(CES2)荧光识别及成像方面的报道较少并存在一些局限。因此,设计和合成用于肼、H2Sn及CES2响应的反应型近红外荧光探针对揭示它们的生理功能具有重要意义。 肼具有较严重的生理毒性,将乙酰基团引入至苯并吡喃腈类荧光团DCPO骨架当中合成了探针BI-E,它是一例识别肼的反应型近红外双光子荧光探针,绝对荧光量子产率为0.002。BI-E识别肼后能够生成DCPO,最大发射波长为680nm,响应时间为1 min,最低检测限为5.7 × 10-8 M,绝对荧光量子产率为0.011,在830 nm处具有最大双光子吸收截面30GM。 孵育24h的MCF-7细胞存活率大于90%,表明BI-E具有较低的细胞毒性。成像研究表明,该探针可实现对活细胞内胼的单、双光子近红外荧光成像。 H2Sn是细胞内一种潜在的信号传导分子,Cy-Sn是一例用于H2Sn响应的反应型近红外荧光探针。它是以氧杂蒽类半菁荧光染料Cy-OH为母体、2-氟-5-硝基苯甲酰基为识别基团,与H2Sn反应后溶液的最大发射波长为720 nm,响应时间为5 min,检测限为2.2 × 10-8 M。 Cy-Sn孵育24 h后,RAW 264.7细胞存活率大于90%,表明该探针具有较低的细胞毒性。荧光成像研究表明,该探针不仅可实现对活细胞内H2Sn的荧光成像,而且借助于Cy-Sn观察到细胞在经历炎症及抗炎响应过程后H2Sn的浓度变化。
仪器名称：小动物近红外二区荧光活体影像系统 百购生物网为您提供 型号：Series II 900/1700 简介： 针对传统活体荧光成像技术面临的低组织穿透深度（<3毫米）和低空间分辨率（~毫米）、高自发荧光背景等瓶颈，苏州影睿光学科技有限公司的研究团队历经多年潜心研究，于2012年推出了第一款基于近红外二区荧光（NIR-II,900-1700nm）的小动物活体影像商业化系统（Series II 900/1700），实现了高组织穿透深度（>1.5cm）、高时间分辨率（50ms）和高空间分辨率（25μm）的活体荧光成像。 Series II 900/1700可针对不同的研究体系，在小动物活体水平进行实时、无创、动态、定性和定量的影像研究，包括肿瘤早期检测、肿瘤发展、转移和治疗过程、药物筛选、靶向药物和靶向治疗、干细胞活体示踪及其再生医学研究等。影睿光学拥有世界领先的量子点制备和应用专利技术、活体荧光影像设备，以及强大的数据处理和分析功能，为用户提供完整的科研产品及解决方案。 目前，影睿光学Series II 900/1700系统已成功销往美国埃默里大学，并与美国哈弗大学医学院、美国康奈尔大学、美国埃默里大学、北京大学、复旦大学附属华山医院、南京大学附属鼓楼医院、中国科学院北京动物研究所、中国科学院上海药物研究所等数十家国内外优秀研究机构建立了良好的商业伙伴及合作关系。
技术优势： 荧光活体成像解决方案：近红外二区荧光成像
活体组织对近红外二区荧光（1000-1700nm）具有更低的吸收和散射效应，以及可以忽略的自发荧光背景，因此，在活体荧光成像中，与传统荧光（400-900nm）相比，近红外二区荧光具有更高的穿透深度、更高的时间和空间分辨率，以及更高的信噪比。 近红外二区荧光探针解决方案：Ag2S 量子点
红外成像系统性能参数测试系统 摘要：经过近几十年的发展，红外成像系统经历数次变革，已经由最初的点源和线阵扫描型发展到现在的第三代红外焦平面凝视型系统，目前国外对红外成像系统实验室测试的性能参数多达十六七项。本文对其最主要的信号传递函数（SITF）、噪声等效温差（NETD）和三维噪声模型、调制传递函数（MTF）、最小可分辨温差（MRTD）五个参数进行研究，阐述了它们的定义、物理意义和测量方法。 关键字：红外成像系统性能参数定义测量方法 1 红外成像系统性能参数测试研究的意义 基于光电图像的测量，是以图像的获取及其处理为手段，来确定被测对象的诸如空间、时间、温度、速度以及功能等等有关参数或者特性的一种测量方法。把图像当作检测和传递的手段或载体加以利用，是一种建立在光学成像技术基础上并融入了计算机技术、光电子学数字图像处理技术以及光机电一体化的综合测量技术，其目的在于从图像中提取有用的信号。由于其具有非接触、高灵敏度和高准确度等特点，在信息科学、生命科学、工农业生产和制造业、航空航天、国防军事、科学研究以及人们的日常生活等领域中得到了广泛应用，是当代先进测试技术之一[1]~[3]。 自然界中凡是温度高于绝对零度的物体，就会一直向外辐射能量。通过探测并收集这些辐射能，再现物体的辐射起伏，进而显示出物体的特征信息，这样的成像系统就是红外成像系统。红外成像系统利用景物本身各部分辐射的差异获取被测对象的细节，可以穿透烟、雾、霾以及雪等不利因素以及识别伪装，具有较强的抗干扰和全天时远距离观察目标的能力，这些特点使红外成像系统广泛应用于军事领域。现代军事应用中，要求红外系统不仅具有高灵敏度、大视场、高空间分辨率、高帧频、适装性好的特点，为了适应恶劣的环境条件，还同时要求具有很好的结构稳定性和温度特性等。传统的红外光学系统的结构形式有反射式、折射式和折反式，它们共同的特点是结构简单，这往往不能满足现代军用特殊条件下的高质量的成像要求，需要增加辅助器件，就使得结构变得复杂，更加促使了人们开发新型的结构[4]。 世界各国都以巨额投资竞相开展这一领域的研究工作。经过近几十年的发展，红外成像系统经历数次变革，已经由最初的点源和线阵扫描型发展到现在的第三代红外焦平面（IRFPA）凝视型系统。同时，红外成像系统的性能测试技术也必须适应红外焦平面成像技术的发展，因此，对红外成像系统的性能评估也变
荧光上上转换纳米粒子做近红外荧光探针 由于在生物医学研究和临床治疗上的需求，光学成像技术在生物成像的应用方面发展迅猛，各种新手段、新材料、新方法不断涌现。近年来，随着各种功能强大的荧光探针的快速发展（如半导体纳米粒子、荧光蛋白、荧光有机分子等），光学成像技术已经越来越广泛的应用于生物体内成像研究。但是，由于需要光作为成像的信息源，生物组织对光的高散射和高吸收成为制约光学成像技术在生物体内成像的主要障碍。一般来讲，生物组织对可见区（350-700nm）和红外区（>1000nm）具有最强的吸收。相反，生物组织对近红外区（650-1000nm）光的吸收最少，因此近红外光可以穿透生物组织的距离最大。采用近红外荧光探针可以对深层的组织和器官进行探测和成像，这是可见区荧光探针所不能比拟的。我们在设计新一代荧光探针时必须考虑如何将探针的激发光和发射光调控到近红外区。 迄今为止，近红外荧光探针的种类非常有限，几乎全部属于有机荧光染料，而有机荧光染料作为生物体内荧光探针有很多缺点：第一，有机荧光染料容易被光漂白，不能长时间使用；第二，有机染料不适合同时多色成像，大多数染料只能被特定的波长有效激发，需要多个激发光源才能实现多色显示；第三，激发和发射波长不够稳定，容易随周围环境（如PH、温度等）而变化。为了克服这些缺点，人们正在发展用无机荧光纳米半导体粒子（量子点）来作为新一代荧光探针。与有机荧光染料相比，量子点具有很多优势：首先，量子点具有宽带吸收峰和很窄的发射峰，通过控制粒径可以得到从紫光到近红外的各种发光；其次，具有很高的荧光量子产率，发光稳定，不易被光漂白；并且，量子点容易实现修饰，可以在表面修饰各种有机分子和生物分子，进行生物检测和成像，一个量子点还可以修饰很多靶向分子。目前，发射近红外光的CdTe， CdS，HgS和CdSe 量子点已经作为近红外荧光探针应用在近红外生物细胞和组织成像研究上。然而，目前采用的这些量子点在生物成像中仍然存在一些问题。最主要的问题就是量子点的毒性，如量子点中含有的Cd, P和Hg等均对生物体有很大伤害。此外，量子点需要高能量的紫外或近紫外光激发，在采集荧光探针信号的同时，生物组织在高能量光源的激发下的产生自身荧光也会极大干扰荧光探针的信号，造成信噪比变差，从而不能检测深层生物组织的信号。长时间暴露在高能光源下还会造成生物组织的光损伤、蛋白质破坏和细胞死亡等。因此，开发新一代近红外荧光纳米粒子必须满足以下几个条件： 1.制备方法简便，绿色无污染，原料成本低。 2.发光稳定，不会被光漂白。 3.荧光量子产率高。
Xenics液氮制冷相机在第二近红外小动物活体荧光成像方面的应用 1、应用背景介绍 癌症作为四大不治症之一，一直以来都是全球各国希望攻克的难题。World Cancer2014报告指出：全球范围内每年癌症新增病例高达1400万，死亡病例高达820万，而2010年全球在癌症上投入的资金为1.16万亿美金，为全球生产总值的2%。 影像方法一直以来都是癌症研究、药物开发，以及一般医疗行业重要的辅助研究手段；传统的获取影像的方法主要包括X-Ray成像、可见光成像以及核磁成像。X-Ray 成像主要是通过X光探测器来探测穿透人体组织后的X光影像，主要包括DR、CT、PET 等设备，但是X光成像由于有辐射，对人体有伤害，且这些成像技术的空间分辨率有限，很难实现微小病灶的早期检测，进而影响早期治疗。同样，由于这些设备的时间分辨率有限，不适合外科医生长期手术使用；可见光成像主要通过探测400nm—700nm范围内的可见光来获取影像信息，但是可见光无法获得被探测人和物内部的信息；MRI也是医疗行业一个有力的手段，但是MRI设备拍摄时间长、费用昂贵，无法在术中使用。 图1：CT、PET探测设备 基于上述背景，越来越多的生命科学工作者开始了其他影像方法对癌症检测价值的研究。近红外成像由于能够获得更高的空间分辨率和更高的时间分辨率，获得了越来越多研究者的喜爱。同时，由于更深的探测深度，以斯坦福大学为首的众多科研院所和高
校开始了第二近红外成像的研究。 图2：红外成像探测深度VS 可见光成像探测深度 2、第二近红外荧光成像研究原理 近红外成像，由于时空分辨率都比Micro-CT和PET高，又没有辐射，同时可以在手术中使用等，被广泛研究。近红外成像主要分为第1近红外（0.75um—0.9um）成像和第2近红外（1.1um--1.4um）成像，而第2近红外成像由于可以获得更深的探测深度（1 - 3毫米），更高的空间分辨率（~ 30毫米），更高的时间分辨率（< 200 ms 每帧），更受期待。 图3：可见光成像、红外成像，以及可见光和红外成像融合图 小动物体内的荧光基团，在激光的照射下，会辐射出比激发光波长更长的光子信号，辐射出来的光子穿透组织到达体表，被能够探测到900nm-1700nm近红外谱段的InGaAs材料的液氮制冷相机获取并成像，通过对荧光信息成像的分析，进而获取小动物体内血管、肿瘤等信息；
红外热成像智能视觉监控系统 “红外热成像智能视觉监控系统”是我司采用国内国际先进厂商监控设备并进行二次开发的“智能监控管理系统”。包括“红外热成像防火图像监控系统”、“嵌入式智能视觉分析安保系统”及“防感应雷系统”三部分。 该系统具有热成像防火检测、防盗入侵检测、非法停车检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动PTZ跟踪、徘徊检测等功能模块，可以很好为场区周界防范提供各种监控管理需求。而且产品具有自学习自适应能力，即使是在各种极端恶劣的环境和照明条件下也可以保持极高的性能——在保持%超高检测率的同时，只有极低的误报率（少于1个/天）。 防火检测： 通过红外热成像防火图像监控系统，工作人员在监控中心可对监控点周边半径1公里至5公里或更大的区域（设置动态轮循状态）进行24小时实时动态系统监控，能在第一时间侦察到地表火情或烟雾，并及时触发联动报警。帮助尽早发现灾情或隐患，及时处理可能突发的火灾及其他异常事件，并且为灾情发生时现场指挥提供依据。 防盗检测： 基于嵌入式智能视觉分析技术的监控跟踪系统，具有入侵检测和自动PTZ跟踪功能模块。支持无人值守、自动检测、报警触发录像、短信自动外发报警等功能。 车辆监控： 支持车容车貌监控、场区路线、远程实时WEB监控、监控录像、视频
存储、回放查询等功能。满足中心或其他相关单位对车辆运输的监控管理。防雷系统： 考虑到野外环境下系统运行的稳定性，防止外界强电压、大电流浪涌串入系统，损坏系统的设备，造成系统不能正常运行，我们将从视频信号、RS485控制信号、网络信号、电源四个方面做好防雷保护措施，以保证系统较好的抗干扰性。 系统拓扑图： 技术说明详解： ◆前端热成像仪技术详述 1）红外成像原理 自然界中一切温度高于绝对零度（－273．16摄氏度）的物体都不断地辐射着红外线，这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波，无论白天黑夜，物体都会辐射红外线，但红外线不论强弱，人们都看不到。红外热像仪就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号（一切物体，只要其温度高于绝对零度，就会有红外辐射），经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热图像。利用这种原理制成的仪器为红外热成像仪。下图为一个典型的红外热成像系统工作原理图： 红外热成像系统，产生的图像是热图像，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图，由于信
连续波功能近红外光谱和成像设备与算法回顾 简介 这一年是功能近红外光谱和功能近红外成像(fNIRS/fNIRI)的20周年。由于现在大多数商业设备是基于连续波技术发展的，这次发表的目的在于回顾连续波FNIR设备和技术的现状。为了这个目的我们列举了可用的商业设备并着重设备的方面，比如光源、检测器和传感器管理。在数学方面，计算含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的算法与数据分析方法也一并回顾了。 从早年的单位置检测，设备从最初的二维成像发展到三维成像。分析方法也发生了巨大的变化，从简单的MBLL（modified Lambert-Beer law）到现在用的复杂的图像重建和数据分析方法。由于这些进步，FNIRI已经成为在神经科学研究广泛应用的技术，很多设备制造商提供商用设备。在可以预见的未来，FNIRI可能发展成为一个临床工具，允许单项目诊断（单独诊断）。 关键词： 回顾，近红外光谱，NIRS，近红外成像，NIRI，功能近红外光谱（fNIRS），功能近红外成像（fNIRI），连续波，大脑活动，设备
1.简介 早在19世纪末，连续光曾被应用于非侵入的检测人体组织，比如胸部，头部和发射光穿透躯体（Bright 1831,Curling 1856,Cutler 1929）。更特别的，在1862年来自德国Hopper Seyler描述了含氧血红蛋白的光谱（Perutz 1995），在1864年来自英国的Stokes加上了脱氧血红蛋白的光谱和因此发现的血红蛋白对于氧气运输的重要性（Perutz 1995）。在1876年同样来自德国的von Vierord通过在血液循环被阻塞时检测穿过组织的光谱变化来分析组织。1894年，来自德国的Hüfner 光谱学决定的在试管中含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白绝对的和相对的量（Hüfner ，1894）。在这个领域没有重大发现的十年后，19世纪30年代，组织含氧量的光谱含量测定工作被多名研究者继续。例如Nicolai，来自德国，重复了von Vierord的工作（Nicolai，1932a，1932b），Matthes和Gross，德国，第一次论证了用两个波长光谱检测人自组织的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白含量，一个在红光范围，一个在近红外光范围（Matthes and Gross 1938a，Matthes and Gross 1938b，1938c）。 为了量化，重要的第一步是Beer-Lambert 法则的发现，由来自法国的数学家Bouguer在1729年发现（Bouguer 1792）。这同样归功于Swiss Lambert，即使他在1760年引用了Bouguer的工作（Lambert 1760）。这个法则在1852年由德国的Beer扩展以量化浓度（Beer 1852）。由于Beer-Lambert 法则只是应用于非散射媒介，所以它不能应用与生物组织。相对较近的，因此优化的Beer-Lambert （MBLL）由英国的Delpy发展出来（Delpy et al. 1988），算入光的散射。MBLL 也被应用于这篇回顾中描写的许多设备。进一步的重要步伐仍然是散射公社的分析方法（e.g. (Arridge et al. 1992, Patterson et al. 1989)）来量化描述光在组织中的传播。 基于组织包括头骨，在近红外范围的相对透明度，来自美国的J?bsis在1977年第一次论述了连续的、非侵入的监测大脑含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度的可能性（J?bsis 1977）。因此他被认为是近红外光谱学（NIRS）的创始人。他的发现引领了多项NIRS设备的设计和制造（Ferrari and Quaresima 2012）。所有的这些设备都是连续波（CW）设备。连续波的意思是设备是单独基于光强检测，例如，近红外光被发送进组织，重新出现的光强将会被检测。这与时分技术是相反的，比如时间和频率领域技术，附加于光强检测，同时也检测光穿过组织所需要的时间。 形象的展现三种不同的技术请参考图1 图1 三种不同FNIRI技术的图示。连续波技术发射强度恒定的光然后只检测穿过组织的光强变化。频域技术调制光的强度然后检测检测到光的强度和频率偏移，这与光穿过组织的时间相关。时域技术发射一个极短的光脉冲到组织中，然后检测穿过组织的光子到达的时间。这种技术包含最多的信息，但也是最复杂的技术。I0：入射光信号，I：透射光信号，d：媒介厚度，ua：吸收参数，us：散
使用红外热成像仪检测中存在的问题及对策 开封供电公司变电运行部运行部赵阳 摘要：随着”三集五大”体系建设和变电设备“状态检修”的大力推进，传统的传统的变电设备检修和运行模式发生了根本性改变，能够实时、有效、动态地评价设备健康状况成为确保设备安全、稳定运行的前提，红外成像仪是目前变电运行人员检测运行设备健康状况的有力保证，可以有效的避免因设备发热而造成的非计划停电，为提高供电可靠率做出了贡献 关键词：变电红外热成像仪检测规范存在的问题对策 引言：本文针对当前变电设备红外成像检测技术的应用中存在问题及改进方法进行了思考以及对红外测温未来发展的展望。由于这种技术无需对所测设备停电，即可准确发现安全隐患，所以更要充分利用好、发挥好红外成像检测这一高科技手段，夯实变电设备“状态检修”基础，确保运行的可控、在控、预控。 一目前在使用中所存在的问题： （1）重设备，轻人员，培训工作不到位。 目前，红外成像设备已基本覆盖到重要的生产班组，极大提高了生产一线的技术装备水平，然而，好的检测设备必须得到正确和规范的应用，才可能发挥其最好的性能，不能只重视检测设备的配置，而忽略了对人员进行必要的培训，目前对红外成像仪方面培训的主要方
式还是以产品说明书为主，没有专业的培训教材和权威的培训师资，虽然厂家的技术人员会不定期到各基层单位组织测温培训，但由于运行人员倒班的原因，造成了一线人员缺乏热像仪的操作技能培训，同时，昂贵的机器也需要专业的使用和维护技巧，没有经过专业培训，在使用红外线成像器材时就不可避免要出现：保养不当、充电电池报废、昂贵的红外线镜头被划损等等现象，既造成了经济损失，也影响了测温工作的正常开展。 对策：（1）建立完善的红外成像检测制度，对红外检测工作的准备、风险预控、规范、安全注意事项等进行详细的规定。同时根据各站所管辖的一、二次设备详细列表并建立测温表单，以表单的形式使测温制度和规范落到实处；（2）加强红外热成像仪使用技术的培训，考虑到运行人员工作的特殊性，可以首先由相关厂家的技术人员对各个部门的技术专责进行培训并考核，然后由各个部门的专责负责对各个集控站，变电站站长进行培训，最后由各个集控站，变电站站长在现场向各自站运行人员进行现场培训，由各个部门专责不定期到各站检查培训效果并加以考核，同时将培训和考核结果与每个月的绩效工资挂钩。制定针对红外测温的奖罚措施，这样才能从根本上保证运行人员“愿意学，学的会” 2、重测温，轻分析，技术标准不到位 目前，能够娴熟掌握红外成像分析软件的运行人员寥寥无几，怕麻烦、图省事，直接把测温照片复制粘贴，往缺陷上报系统上一传了
收稿日期:2007207211 基金项目:国家自然科学基金(No.20575047,39970206,29575206,20775058) 3通讯联系人:张华山,男,教授,博士生导师,研究方向:分子探针与检测试剂,现代分离. 第24卷第2期 Vol.24 No.2分析科学学报J OU RNAL OF ANAL YTICAL SCIENCE 2008年4月Apr.2008文章编号:100626144(2008)022******* 近红外荧光探针及其在生物分析中的应用进展 傅妮娜1,2,王 红1,张华山31 (1.武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072; 2.南京邮电大学公共基础课学部,南京210003) 摘 要:本文评述了自1999年以来近红外荧光探针和标记试剂及其在生物分析中的应 用进展。包括:菁染料、噻嗪和噁嗪染料、含四吡咯基团染料(酞菁和卟啉)、罗丹明类、 BODIP Y 、稀土离子配合物和量子点等。描述了它们在荧光测定和毛细管分离荧光检 测以及免疫荧光分析方面的应用。引用文献75篇。 关键词:近红外荧光探针;荧光检测;生物分析 中图分类号:O657.33 文献标识码:A 1 前言 荧光光谱法由于其灵敏度高、选择性好,获得的信息直观、准确,能科学表达解释复杂样品的结构、分布、含量及生理功能等诸多问题,所以在生物分析及造影方面应用广泛。荧光染料或荧光试剂作为分子探针在生命科学领域备受瞩目。许多生物体及其组织在可见光的激发下自身会发射荧光,严重干扰生物样品的荧光检测和造影,如血浆中血清蛋白的荧光波长范围为325～350nm ,还原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶(NADP H )和胆红素的荧光波长范围为430～470nm ,故使得可见光区荧光分析的灵敏度和准确性受到了很大的影响。近红外荧光探针的最大吸收波长和发射波长为600～900nm ,可避免背景干扰。所以,近红外荧光检测在生物样品分析中有明显的优越性。 二极管激光器的问世,打破了由于传统的激发光源无法在近红外区激发而使近红外荧光染料的应用长期以来一直受到的限制。以此为基础发展起来的新的、近红外荧光试剂及检测技术广泛地应用于核酸、蛋白质、生物造影、免疫分析等领域,在生物分析中显示出巨大的潜力。当然,近红外荧光染料也存在着不足之处,如染料种类不多,合成困难,染料的光、热、化学性质不稳定等。对此文献[1]曾作过评述。本文主要对1999年以来近红外荧光探针及其应用进展进行评述。 2 菁染料(Cyanine) 近红外区的菁染料一般都是指五甲川和七甲川菁染料。另一方面,菁染料光稳定性较差,易发生光氧化漂白。菁染料的光氧化具有以下特点:(1)在溶液中的光氧化反应符合一级反应动力学过程;(2)菁染料中甲川链结构相同时,杂环母核上取代杂原子增大,稳定性降低,即吲哚>噁唑>噻唑>硒唑;(3)当杂环母核结构相同时,甲川链越长,光稳定性越差。这些对于设计光稳定较好的近红外菁染料具有非常重要的指导意义。 菁染料标记生物样品主要有静电/疏水作用非共价、共价形式以及通过活性基团与一些生物分子形成生物结合物(Bioconjugate ),用于标记核酸、蛋白质、免疫分析和造影等。 用于DNA 分析的近红外菁染料中最重要的就是噻唑橙及噁唑橙二聚体和单聚体。二聚体叫TO TO 3 32
Advances in Psychology 心理学进展, 2019, 9(8), 1435-1445 Published Online August 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/7a2332279.html,/journal/ap https://https://www.doczj.com/doc/7a2332279.html,/10.12677/ap.2019.98176 The Application of Functional Near-Infrared Spectroscopy in Decision Making Research Tong Zhao1,2 1Key Research Base of Humanities and Social Sciences of the Ministry of Education, Academy of Psychology and Behavior of Tianjin Normal University, Tianjin 2Faculty of Psychology, Tianjin Normal University, Tianjin Received: Jul. 25th, 2019; accepted: Aug. 14th, 2019; published: Aug. 21st, 2019 Abstract Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) has become an important research tool for ex-ploring the neural mechanisms of decision making gradually. The scientific answer of “how hu-man beings make decisions” could be examined by neural mechanism under decision making, which can be measured by fNIRS with higher ecological validity. This paper first summarizes the advantages of fNIRS when exploring neural mechanisms under decision making, and then we review the progress of fNIRS research in decision making field. At present, researchers have ex-plored the phenomenon and neural mechanisms of gender differences, personality differences, group differences in risk decision making, inter-temporal choice, social decision making and consumer decision making. Finally, it points out that combining with other neuroimage tech-nologies, conducting research with abnormal individuals, and optimizing analytical methods by taking advantages of fNIRS could explain the psychological mechanism of human decision mak-ing in the future. Keywords Functional Near-Infrared Spectroscopy, Decision Making, Neural Mechanism 功能性近红外光谱成像(fNIRS)在决策中的应用 赵彤1,2 1天津师范大学心理与行为研究院，教育部人文社会科学重点研究基地，天津 2天津师范大学心理学部，天津 收稿日期：2019年7月25日；录用日期：2019年8月14日；发布日期：2019年8月21日
近红外荧光探针基于结构的设计策略与最新进展 摘要近红外荧光探针以其优秀的灵敏度和抗干扰性能在生物检测中被广泛应用。近红外荧光探针也成为荧光探针领域的研究热点之一。本文从近红外荧光探针的 结构出发，概述了近年来对于近红外荧光探针基于结构的设计策略，以及这些荧 光探针的机理及特点。 Abstract: Near-infrared fluorescent probes are widely used in biological detection due to their excellent sensitivity and anti-interference performance. Near-infrared fluorescent probes have also become one of the research hotspots in the field of fluorescent probes. In this paper, based on the structure of NIR fluorescent probes, the structure-based design strategy of NIR fluorescent probes in recent years, as well as the mechanism and characteristics of these fluorescent probes are summarized. 1.前言 荧光染料和荧光团是一类能够被光激发而产生荧光的物质，基于他们而设计 的分子探针在生物分析等领域发挥了重要作用。近红外光波段与生物荧光本底值 之间存在200nm以上的距离，对干扰信号具有较好的屏蔽作用。这使得利用近红外荧光探针来检测分析生物样品具有显著的优越性。构建对不同样品有高区分度，对微量样品有较低检测限，对生物体无不良作用，生物可耐受的近红外荧光探针 是荧光探针研究领域的重要课题。本文主要对近年来近红外荧光探针的设计与应 用进展进行概述。 2基于结构的设计策略 2.1基于香豆素结构的设计 香豆素及其衍生物作为天然产物，在植物界中大量存在。香豆素类化合物的 内酯结构可以与苯环产生共轭，共轭体系对荧光量子产率有提升作用，体系能量 降低可以增大Stokes位移[1]。通过合理设计，可以控制香豆素的光学性质，这使 得这类化合物能够成为优秀荧光母核之一。简单香豆素受自身分子性质的限制， 荧光强度和波长不能达到要求，但在香豆素的苯环上引入推电子或电荷密度大的 基团，会有效提高分子内电荷密度，从而明显提高荧光强度。香豆素的3-位具有 易于衍生和调控波长的特点，因此3-位是香豆素分子修饰常用位点，通过延长分 子共轭实现分子合理改造。 Wang Kai等人在7-羟基香豆素的3位引入苯并噻唑结构，通过C-C单键连接，增大原有共轭体系而得到新型近红外荧光分子[2]。通过甲酰化和随后与NBD-NHNH2的缩合，进一步得到可有效检测环境中Ni2+的荧光探针。该探针可以与 Ni2+形成螯合物而失去荧光性能，再利用CN-与Ni2+的配位反应，将Ni2+从螯合 物中解离出来而恢复荧光。Feng Shumin等人通过用2,4-二苯并磺酰磺酰基基团保护氢喹喔啉亚氨基香豆素的亚氨在生理pH条件下，该探针可高度区分H2S与其 他含硫物质，对低浓度的H2S能有效检测，并能以较大的斯托克斯位移发射荧光。该荧光分子具有低细胞毒性，可用在活细胞和动物中对H2S成像。Huang Yongfei 等人通过异佛尔酮与香豆素的反应，在香豆素3-位引入吸电子长共轭体系，成功 设计出对HOCl具有响应快、检测限低特性的近红外比率式荧光探针。通过对细 胞进行成像，该探针可以成功识别内源性的ClO-，对外源性的ClO-也能做出响应，提示有可能应用于早期临床诊断[3]。 2.2基于花菁染料结构的设计 花菁染料的典型结构是由奇数个碳原子形成的共轭链和其两端连接的两个含
1，光声成像结合近红外光学，两种成像模式的融合： 近红外超声成像技术的原理：当近红外脉冲激光照射到生物组织上,生物组织吸收光能量而产生热膨胀，在脉冲间隙释放能量发生收缩。伴随着热胀冷缩的过程会产生高频超声波，吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度。因为不同的组织对近红外光的吸收不同，于是就会产生不同强度的超声波，这个技术对于血管成像十分理想，因为血红蛋白是近红外超声成像内源性的造影剂。利用这个技术，在肿瘤学的研究中可以用来区分正常组织和病变组织（因为癌症组织的血管十分丰富）。另外，光声成像技术检测的是超声信号（该技术克服了纯光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足），反映的是光能量吸收的差异（补充纯超声成像技术在对比度和功能性方面的缺陷），结合近红外光学和超声这两种成像技术各自的优点，能实现对组织体较大深度的高分辨率、高对比度、高灵敏度的结构成像和功能成像的结合，并且能对感兴趣区域（肿瘤部位）做断层成像，效果要优于小动物CT。并且近红外成像由于其穿透力较深和组织背景低等特点，特别适合于体内的成像；并且该系统所配备的近红外实时成像系统，可实时指导小动物乃至大动物的手术操作，在造影剂的辅佐下，可完成靶向部位的探测成像，指导手术的细微操作。因此，该成像平台不仅可以完成无标记的组织结构和功能成像（光声部分），又可在造影剂的增强效果下完成手术的导航（近红外光学部分），是科研定量研究和转化医学的结合产物。近红外超声成像平台是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。并可对组织进行3D定量分析，可完成多波长激发的断层扫描，可实时指导动物模型的手术操作过程，它是近几年来新兴的无损医学成像方法，也是动物模型研究中不可或缺的工具之一。 目前应用近红外超声技术的文章多在国际前沿杂志上发表，如nature等，它代表了新型的小动物成像发展的趋势，也给小动物成像带来了技术上的革新。所以能够购买此平台将会大大提高科研技术水平，缩短与国际领先实验室的技术差距。 近红外光学部分在染料、探针或造影剂的选择上与光声成像是兼容的，因为光声成像的波长就是在近红外区域，所以从实验设计上来讲，就能够做到完全与光声成像同步。不需要设计和增加额外的探针或造影剂，就能够实时同步确证的实验，从而节约了研究成本，也能够确保数据对比的可靠性。 近红外光学部分具有实时光学成像的特点，可以持续对研究对象进行成像并录制成连续动态的电影，观察探针或造影剂在体内分布的时间分布。这种实时成像同时还具有开放的特点，即不需要专业暗室，动物也不需要进行麻醉，只要将近红外光学探头对准动物即可。这种简单易用的操作，不需要特殊试验条件的特点使得近红外光学更具有较强的实用性。由于它具有实时成像、实时录影的特点，因此对于某些吸收较快、清除较快的探针具有特别重要的现实意义。任何一个时间段的荧光信号变化都能够被完全捕获下来，不会漏掉某
专家解答体内荧光成像技术难点 1.如何解决组织吸收问题 来自斯坦福大学放射学系助理教授Jianghong Rao领导的研究小组在进行“Examining protease involvement in tumor metastasis and cell migration”（肿瘤转移与细胞迁移过程中涉及的蛋白酶）这一项研究中遇到了一个难题：利用标准的荧光分子标记观测深部组织，激发荧光的光源必须能穿透具有强吸收力和光散射的组织，并且当标记分子发出光时，也要能通过同样的组织块，从而被检测到。 为了解决这个难题，研究人员采用了一种称为生物发光共振能量转移（Bioluminescence Resonance Energy Transfer，BRET）的方法进行组织成像。不同于利用生物体外激发光源的能量转移方法，BRET主要依赖于生物发光的荧光素酶来提供荧光标记需要的能量转移。一般而言，进行BRET实验的研究人员是将与荧光素酶与荧光蛋白相交联，后者会吸收生物荧光，并重新发出光，但是由于这些BRET交联物的光仍然有大部分会被吸收和散射掉，因此剩下的信号依然很弱。 Rao改进了这一方法，他将荧光素酶交联在quantum dots (QDs)，而不是荧光蛋白上，这就将发出的光线变成了依然是长波长，但吸收和散射不强的光。为了能对深部组织进行成像，Rao等人又将luciferase-QD这个结构连接上了一个配体——这个配体与目的分子相连。这样当将底物，复合体（包括荧光素酶的荧光基团）注入小鼠的尾静脉的时候，BRET标记就能发出两种特殊的光：蓝色的生物荧光和红色的quantum-dot光，这样就能更清楚的观测组织。 这里Rao用于解决组织吸收问题的是一类新型的荧光探针，即量子点Qdot或称为半导体纳米晶体，所谓Qdot，指的是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应(quantum confinement effect)特别显著。 这种纳米材料对于体内光学成像来说有着得天独厚的光学特点，这就是吸收性高、量子产量高、发射谱带窄、斯托克司频移大以及光褪色抗性强等，能够发射不同波长光谱，可以为单一波长所激发，适用于在一个实验中检测多靶点，因此非常适合活细胞成像和动态研究，甚至有人认为这种纳米荧光是纳米技术的真正代表，给荧光技术带来革命性的突破。 其具体特点如下： ·QDs的发射谱单一而且很“窄”。其半峰宽（FWHM）大都在40nm以下，更好的可以达到30nm甚至十几个nm，因此，QDs作为探针，可以很方便的区别于背景信号或者其它探针的信号。 ·QDs的激发谱很宽，可以在低于发射谱的广泛区间内任意选择激发波长。这个属性使得对设备（光源）的选择变得更加方便，而不必受限于特殊激光器。QDs的这个特点还可以让我们在同一固定激发波长下，同时激发不同颜色的QDs，从而使需要实时观测多种目标分子运
红外热成像组件测试分析系统 Thermal Infrared Imaging Component Measurement System 作者：寇小明沈强 职务：高级工程师 公司：陕西海泰电子有限责任公司 应用领域：产品测试 挑战：寻求一种可以兼顾科研分析和生产过程工艺控制以及现场试验与维修检测的一体化便携式红外热成像组件测试分析系统。 应用方案：采用National Instruments公司PXI模块化仪器结构，在LabVIEW、IMAQ Vision、Digital Multimeters等工具软件下开发了可以实现分级测试、系统测试调试及系统性能分析功能的红外热成像组件虚拟仪器检测调试分析系统，具有良好的灵活性和扩展性。 使用的产品：LabVIEW, IMAQ Vision, Digital Multimeters, NI Scope, PXI 5112, PXI6115, PXI5411, PXI4060等 介绍 本文论述了红外热成像组件虚拟仪器检测调试分析系统的设计思想和实现方案。通过采用PXI模块化仪器结构，利用虚拟技术强大的采集分析能力和机器视觉技术结合起来实现整个系统，在极大地缩减了测试仪器规模的情况下，提供了丰富的测试、调试分析功能，并提供了良好的可灵活性与扩展性。 引言 红外热成像组件通常由 红外镜头、光机扫描器、探测 （制冷）器、信号处理单元、控 制通讯及显示装置等组成。信 号处理单元是红外热成像组 件的重要组成部分，它包括探 测器输出的红外视频放大电 路、数字扫描转换电路、数字 图像处理电路、光机扫描伺服 控制指令电路和模拟／数字输 出显示电路等。对红外热成像 组件而言，除系统的光学性能 外，传感器的响应特性如信号 传递函数、图像均匀性、图像 信噪比，扫描与图像时钟信号 的同步精度、热图的控制性能 及其通讯控制能力等也是系 统的主要性能指标。由于内含 复杂、精密的光学部分和电子 线路，影响产品性能的因素非 常之多，如传感器的响应特性 曲线、处理单元的冲击响应、 系统的本征电噪声和热噪声 以及工艺差别等，每一个因素 在不同的环境条件下的影像 程度也不同，使得批生产时组 件的性能一致性差别非常大， 成品率很低。因此，必须针对 信号处理单元的主要技术性 能及为达到系统最佳性能而 进行的匹配调试工艺建立专 用的性能检测与监控系统，以 保证系统的质量。 为了从研制水平和生产 工艺控制两个方面同时采取 措施提高系统的成品率，通常 需要进口专用的红外综合检 测仪，这种仪器测试的参数 全、精度高的，但造价非常高， 且只能进行整机测试，不能进 行仿真和控制，不易维护和升 级。如果采用标准箱式仪器搭 建这套测试系统，则需要示波 器、万用表、任意波形发生器 （多台）、高速同步数据记录 仪（多台）、动态信号分析仪、 传递函数分析仪、逻辑分析仪 等设备。由于是分立测试，不 能保证信号之间的同步时序， 体积庞大、接线复杂，即使如 此，对热图像分析来说，仍然 是无能为力的，特别是对于系 统的MTF、SiTF、MRTD、 MDTD、NETD等系统总体性 能指标的测量，无法实现专用 的算法和测试方法。 为了兼顾科研过程中的 分级测试、单元仿真测试、系 统性能分析和生产过程的工 艺参数积累分析和工艺过程 控制，并兼顾现场试验和检测 维修，经过充分的调研和分 析，决定采用ＰＸＩ模块化虚拟
Advances in Analytical Chemistry 分析化学进展, 2016, 6(4), 109-115 Published Online November 2016 in Hans. https://www.doczj.com/doc/7a2332279.html,/journal/aac https://www.doczj.com/doc/7a2332279.html,/10.12677/aac.2016.64017 文章引用: 黄红香. 菁染料及其功能化的纳米材料在生物分析和近红外荧光成像方面的应用研究进展[J]. 分析化学 Research Progress in Cyanine Dyes and Their Functionalized Nanocomposites Used for Bioanalysis and Near-Infrared Molecular Fluorescent Imaging Hongxiang Huang Department of Macromolecular Science of Fudan University, State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers, Shanghai Received: Oct. 11th , 2016; accepted: Nov. 1st , 2016; published: Nov. 7th , 2016 Copyright ? 2016 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/7a2332279.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Cyanine (Cy) compounds can produce strong fluorescent emission in the near infrared region after radiation and be easily modified with various substituents, thus they have been recently widely used as fluorescent probes to bind with bio-molecules, cells and tissues. The as-prepared lumi-nescent materials have provided a facile route for the bioanalysis, molecular fluorescent imaging and clinicopathologic analysis, especially for the tumour diagnosis and treatment. In this work, we reviewed the latest achievement of applications of several well-known cyanine derivatives such as Cy3, Cy5, Cy7, Cy3.5, Cy5.5, and their bio-nanocomposites produced with inorganic nanoparticles as luminescent probes in the fields of bioanalysis and near infrared molecular imaging. Keywords Cyanine, Bioanalysis, Near Infrared Image, Bio-Nanocomposite, Fluorescence 菁染料及其功能化的纳米材料在生物分析和 近红外荧光成像方面的应用研究进展 黄红香 Open Access