I. principios básicos

El microscopio de imagen por fluorescencia de infrarrojo cercano se basa en la tecnología de etiquetado por fluorescencia y detección óptica, y sus principios centrales son los siguientes:

Excitación y emisión: una sonda fluorescente (como un tinte de infrarrojo cercano, un punto cuántico, etc.) en una muestra de excitación de luz infrarroja cercana con una longitud de onda específica (generalmente 650 - 1700 nm), la sonda absorbe la energía luminosa y luego salta al Estado estimulado, emitiendo fluorescencia de infrarrojo cercano con una longitud de onda más larga cuando regresa al Estado del suelo.

Adquisición de señales: detectores de alta sensibilidad (como cámaras InGaAs o tubos fotomultiplicadores) captan señales fluorescentes, eliminan el ruido de fondo a través de filtros ópticos y luego generan imágenes a través de amplificación de señales y procesamiento digital.

Imágenes profundas: la luz infrarroja cercana tiene un bajo coeficiente de dispersión y una fuerte penetración en los tejidos biológicos, y puede penetrar varios milímetros a centímetros de profundidad para lograr imágenes de tejidos profundos vivos.

II. ventajas únicas

Capacidad de penetración de tejidos profundos

La longitud de atenuación de la luz infrarroja cercana en los tejidos biológicos es significativamente mejor que la luz visible, que puede penetrar en tejidos profundos como la piel y los músculos, y es adecuada para la detección de tumores vivos, la angiografía y la investigación científica cerebral. Por ejemplo, en la imagen cerebral se puede observar la actividad neuronal y la dinámica de la red vascular.

Alta relación señal - ruido y baja fluorescencia espontánea

La fluorescencia espontánea de los tejidos biológicos en la banda de infrarrojo cercano es extremadamente débil, el ruido de fondo es bajo y la relación señal - ruido de la imagen (snr) mejora significativamente. Esta característica es particularmente crítica en el diagnóstico temprano de tumores, que pueden distinguir claramente entre lesiones pequeñas y tejidos normales.

Alta sensibilidad y monitoreo en tiempo real

La imagen de fluorescencia de infrarrojo cercano puede detectar señales de fluorescencia de hasta el nivel de picol y soportar el monitoreo dinámico en tiempo real. En el desarrollo de medicamentos, se puede rastrear la distribución y los procesos metabólicos de los medicamentos en el cuerpo y evaluar la eficacia.

Fusión multimodal y expansión funcional

Se puede combinar con microscopía confocal, imágenes fotoacústicas y otras tecnologías para realizar el análisis colaborativo estructura - función. Por ejemplo, la combinación de la tecnología de excitación multiphotón mejora aún más la profundidad y resolución de la imagen.

Sin radiación y bioseguridad

En comparación con los rayos X o las imágenes de radioisótopos, las imágenes de fluorescencia de infrarrojo cercano no tienen radiación ionizante y tienen poco daño al organismo, lo que es adecuado para estudios in vivo a largo plazo.

III. escenarios de aplicación

Biomedicina: diagnóstico temprano de tumores, angiografía, investigación en neurociencia.

Ciencia de materiales: detección de defectos de semiconductores, análisis de estructura de polímeros.

Agricultura y alimentación: monitoreo del crecimiento de cultivos, detección de contaminación alimentaria.