NIR-II 活体荧光癌症早筛

UV、VIS 和 NIR-I 检测方法数十年来已用于多种科学和医学应用。然而，这些方法各有其局限性。

UV、VIS 和 NIR-I 检测方法数十年来已用于多种科学和医学应用。然而，这些方法各有其局限性。例如，UV 和可见光波长的光虽可用硅基 CCD 技术较易检测，但因反射和散射而无法穿透样本。

新型 CCD 相机可检测 750 nm 至近 1100 nm 的 NIR-I 波长，从而可对样本实现轻微穿透。遗憾的是，超过该阈值后硅对光透明。此类 CCD 相机在药物发现应用中的用途有限。

NIR-II 窗口波长范围延伸至 1700 nm，可实现更深样本穿透（见图 1）。在 InGaAs 和 InSb 探测器发展的推动下，NIR-II（亦称短波红外或 SWIR）开辟了科学和医学应用的新天地。

近期，中美多学科合作研究团队设计、构建并表征了一套内窥镜系统，用于结直肠癌的靶向 NIR-II 荧光成像 [1]。团队使用新型 NIR-II 内窥镜成像系统评估合成的荧光分子探针吲哚菁绿（ICG）偶联贝伐珠单抗（Bev-ICG），该探针靶向血管内皮生长因子（VEGF），这是大多数结直肠癌中过表达的重要生物标志物。

研究由沈阳辽宁 Northeastern University 分子医学联合实验室分子医学研究所 Dr. Hongguang Liu 研究组牵头，部分获中国国家自然科学基金、辽宁省医院临床能力建设项目和中国博士后科学基金资助。

研究人员指出，虽然内窥镜是检查中空器官或体腔内部的临床金标准，他们是首次报道使用 NIR-II 荧光内窥镜靶向检测结直肠癌。其创新内窥镜成像系统可同时采集和显示白光（WL）与 NIR-II 荧光，在 NIR-II 区域提供 20 µm 的亚细胞分辨率以获得清晰图像。Teledyne Princeton Instruments 的科学 InGaAs 相机用于结直肠肿瘤生物标志物的实时、无创、体内 NIR-II 成像（见图 2）。

与使用可见光激发的 NIR-I 荧光成像不同，NIR-II 荧光成像的激发波长通常在（不可见的）NIR-I 范围。因此，常规内窥镜成像过程无需中断即可采集 NIR-II 荧光数据。NIR-II 荧光图像可与 WL 图像同时生成和显示，使研究人员实时可视化组织形态及荧光探针的分子特征。未来使用在 NIR-II 区域具有更强荧光发射的分子探针，有望进一步提高 NIR-II 内窥镜系统对组织表征的灵敏度。

按设计，新系统可轻松适配配备标准耦合的内窥镜系统。研究人员预期类似的硬件升级将大大促进 NIR-II 荧光成像在临床中的应用。

Stanford University 放射学副教授 Dr. Zhen Cheng 是上述 NIR-II 内窥镜系统合作研究团队成员。Cheng 博士在 Stanford 的实验室致力于开发新型分子成像探针和技术，以在最早阶段无创检测癌症及其转移。

Cheng 博士研究发展的技术可深入检验癌症的分子、代谢和生理特征及其对治疗的响应。其实验室鉴定具有重要临床意义的新型癌症生物标志物，开发探针制备新化学方法，并验证利用 NIR-II 荧光成像进行探针高通量筛选的新策略 [2-6]。

在近期项目中，Cheng 博士与同事对循环系统进行了体内成像，比较了实验室设计的多种 NIR-II 有机小分子探针 CQ-T（CQ-1-4T），这些探针负载生物相容性人血清白蛋白（HSA）以提高量子产率 [2]。实验使用 Teledyne Princeton Instruments 的 InGaAs 相机记录发射光谱、量子产率和体内 NIR-II 图像（见图 3）。

在评估的一系列探针中，研究人员发现 CQL（CQ-4T/HSA）具有优异光学性质，荧光相比单独小分子提高 6.65 倍。与无创、无辐射 NIR-II 成像模式联合使用，CQL 可实现多功能成像，用于可视化和监测体内与循环系统相关的生理和病理过程，包括血栓形成、外周动脉疾病、肿瘤血管生成和淋巴引流。

在 NIR-II 图像导航手术中，CQL 可帮助医生更准确、副作用更少地实施肿瘤和哨兵淋巴结活检的精准干预。研究人员得出结论，高分辨率、优异生物相容性和良好的体内性能使 CQL 成为进一步临床前应用和未来临床转化的有前景候选物。

Cheng 博士实验室另一近期研究调查了基于 DSPEmPEG 封装稀土掺杂纳米颗粒的 NIR-II 荧光团 RENPs@DSPE-mPEG，该荧光团无需连接任何靶向配体即对骨具有固有亲和力（见图 4）[3]。

这一用于骨骼系统映射和骨疾病诊断的无创、无辐射策略也适用于血管和淋巴结。重要的是，RENPs@DSPEmPEG 可被循环白细胞内化，这可能提高免疫治疗中纳米颗粒的高效递送，并改善临床应用中癌症靶向纳米颗粒的诊断和治疗功效。

Teledyne Princeton Instruments 的 NIRvana® 系列 InGaAs 相机通过多项科学性能特征区别于其他 InGaAs 相机，包括深度冷却、低暗噪声、高线性度、低读出噪声、高帧率、智能软件以及对积分时间的精确控制。

首先，免维护热电冷却（非液氮）将 NIRvana 640 相机的 InGaAs 探测器冷却至低至 -85°C。这种深度冷却结合专有冷屏设计和真空技术，实现尽可能低的暗噪声，有助于提高灵敏度并在长曝光时间下保持信噪比（SNR）。

NIRvana 640 相机可曝光短至 2 µs，长至数分钟。超低噪声读出电子学确保即使以每秒 110 全帧的最大速率运行也能保持良好 SNR。此外，出色的相机线性度意味着其在医学研究中高度可靠。

Teledyne Princeton Instruments 的 64 位 LightField® 软件（可选）提供强大而易用的界面，将实时在线处理能力置于研究人员指尖。NIRvana 相机还可使用可用的 National Instruments LabVIEW® 工具包集成到更大实验中。提供完整触发支持以与外部设备同步。

Teledyne Princeton Instruments 感谢刘宏光博士和程震博士对本应用说明的宝贵贡献。

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