I. Kernprinzipien

Near-Infrarot-Fluoreszenz-Bildgebungsmikroskop basiert auf Fluoreszenz-Markierung und optische Erkennungstechniken, deren Kernprinzipien wie folgt sind:

Anregung und Emission: Mit einer Fluoreszenzsonde in einer Probe mit einer bestimmten Wellenlänge (in der Regel 650-1700 nm) mit nahem Infrarotlicht (z. B. Nahe-Infrarot-Farbstoffe, Quantenpunkte usw.) wird die Sonde nach der Absorption der Lichtenergie in den Anregungszustand springen und eine längere Wellenlänge mit nahem Infrarot-Fluoreszenz emittieren, wenn sie zum Basiszustand zurückkehren.

Signalaufnahme: Hochempfindliche Detektoren wie InGaAs-Kameras oder Photomultiplikatoren erfassen Fluoreszenzsignale, entfernen Hintergrundgeräusche durch Filter und erzeugen Bilder durch Signalverstärkung und digitale Verarbeitung.

Tiefbildgebung: Nahes Infrarotlicht ist in biologischem Gewebe mit niedrigem Streufkoeffizient und hoher Durchdringbarkeit durchdringen kann, um Tiefen von mehreren Millimetern bis Zentimetern zu erreichen.

2. Einzigartige Vorteile

Tiefe Gewebepenetration

Nahes Infrarotlicht in biologischem Gewebe ist deutlich besser als sichtbares Licht, kann tiefes Gewebe wie Haut, Muskeln und andere durchdringen und eignet sich für die Erkennung von lebenden Tumoren, Gefäßbildgebung und Hirnwissenschaftliche Forschung. Beispielsweise können die Dynamik der neuronalen Aktivität und des Blutgefäßnetzes in der Gehirnbildgebung beobachtet werden.

Hohes Signal-Rausch-Verhältnis und geringe spontane Fluoreszenz

Biologisches Gewebe ist in den nahen Infraroten extrem schwach spontan fluoreszierend, Hintergrundgeräusch gering und das Bildsignal-Rausch-Verhältnis (SNR) erheblich verbessert. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig bei der frühen Diagnose von Tumoren und ermöglicht eine klare Unterscheidung zwischen kleinen Läsionen und normalem Gewebe.

Hochempfindliche und Echtzeitüberwachung

Nahinfrarot-Fluoreszenz-Bildgebung erkennt Fluoreszenzsignale auf niedrigem bis Pimorniveau und unterstützt eine dynamische Echtzeitüberwachung. In der Arzneimittelforschung und -entwicklung können die Verteilung und den Stoffwechsel des Arzneimittels im Körper verfolgt und die Wirksamkeit bewertet werden.

Multimodale Integration und Funktionserweiterung

Es kann in Kombination mit Technologien wie Kofokus-Mikroskop, Licht- und Schallbildgebung zur Struktur-Funktion-Synergie-Analyse verwendet werden. Zum Beispiel wird die Bildtiefe und -auflösung durch die Kombination mit der Multiphotonen-Stimulationstechnologie weiter verbessert.

Strahlungsfrei und biologische Sicherheit

Im Vergleich zu Röntgen- oder Radioisotopbildgebung ist die Near Infrared Fluorescence-Bildgebung ohne ionisierende Strahlung und mit geringen Schäden an Organismen geeignet für Langzeitlebensforschung.

III. Anwendungsszenarien

Biomedizin: Frühdiagnose von Tumoren, Gefäßbildgebung, neurowissenschaftliche Forschung.

Materialwissenschaft: Halbleiterfehlerprüfung, Polymerstrukturanalyse.

Landwirtschaft und Nahrungsmittel: Beobachtung des Pflanzenwachstums, Detektion von Nahrungsmittelverschmutzungen.