活体成像近红外二区相机在生物医学光学实验中的应用探究

更新时间：2026-09-09

点击次数：93

　　生物活体光学成像是解析活体内部生理、病理动态变化的重要技术手段，随着光学检测波段从可见光、近红外一区向近红外二区拓展，活体成像近红外二区相机逐步成为相关实验室的常规采集设备。近红外二区波段一般指1000 nm至1700 nm区间，生物组织在该波段内的光子散射、自体荧光干扰程度相对更低，光信号可以穿透更深的组织层，能够获取皮下血管、肿瘤组织、淋巴循环等结构的连续成像信息，这也是活体成像近红外二区相机得以快速推广的核心原因。

　　在传统可见光成像体系中，生物组织的强散射效应会造成图像模糊，浅层组织的荧光信号容易掩盖深层目标，很难实现活体小动物体内深层病灶的长时间动态观测。而搭配活体成像近红外二区相机搭建的成像平台，可以结合近红外二区荧光探针，对活体动物体内的标记物信号进行持续采集。实验人员可以借助这套设备，追踪纳米药物在体内的输送路径，观察药物在肿瘤区域富集的过程，也可以监测血管损伤后的血流变化，记录淋巴系统的物质转运行为。这类长时间活体观测，不需要对实验动物进行多次解剖取样，能够减少不同个体之间的实验差异，获取同一生命体随时间变化的连续数据。

　　活体成像近红外二区相机的器件设计，需要兼顾红外波段响应能力、低噪声读出以及长时间曝光稳定性。生物荧光信号本身强度偏弱，相机需要在弱光环境下完成信号采集，同时控制暗电流带来的背景噪声，降低图像背景干扰。很多成像实验需要持续数小时甚至一整天的连续拍摄，相机的温度控制模块就起到重要作用，稳定的工作温度可以减少噪声漂移，保证前后采集图像的信号一致性。除此之外，相机的像素分辨率、帧速参数需要根据实验场景选择：静态组织形态观测可以选用较高像素配置，而血流、药物快速扩散这类动态过程，则需要提升帧速，捕捉快速变化的荧光信号。

　　在实际实验搭建环节，活体成像近红外二区相机需要和光源系统、滤光片组、动物载台配合使用。激发光源发射特定波长的近红外光，激发体内荧光探针发出近红外二区荧光，滤光片过滤掉激发光与杂散光，只有目标波段的信号到达相机感光面。动物载台一般会配套温控装置，维持实验动物体温，避免动物状态变化影响成像结果。整套系统搭建完成之后，还需要进行平场校正、暗场校正，消除感光芯片不均匀响应带来的图像伪影。

　　除了肿瘤学、药理学方向，活体成像近红外二区相机也被用于神经生物学研究。科研人员利用近红外二区荧光标记脑血管，观测脑部血管在刺激下的舒张与收缩变化，解析脑部微循环机制。在材料领域，研究人员利用该设备评估生物材料在体内的降解行为，观察材料降解产物的分布与代谢路径。

　　当然，使用活体成像近红外二区相机开展实验，依然存在一些需要留意的限制。近红外二区荧光探针种类还在持续拓展，部分探针的生物相容性需要更多验证；更深层组织成像时，信号衰减依旧存在，成像深度会受到组织厚度影响。实验过程中，还需要控制激发光功率，避免高能量光照造成活体组织光损伤。

　　总体来看，活体成像近红外二区相机拓展了生物活体光学成像的边界，为生命科学研究者提供了可视化观测活体内部过程的工具。随着感光芯片、光学探针技术持续迭代，这类相机将会适配更多类型的活体实验场景，助力研究者理解生命体内复杂的生理与病理过程，为新药研发、疾病机制研究提供更多图像数据支撑。