近红外二区（NIR-Ⅱ，1000~2000 nm）光学成像技术通过减少组织散射和自体荧光干扰，显著提升了活体成像的深度与分辨率。近十几年来，基于NIR-Ⅱ探针和成像设备的开发成果，NIR-Ⅱ成像突破了传统光学成像穿透深度的限制，实现了从宏观解剖结构到微观分子事件的跨尺度动态观测，为生物医学研究提供了革命性工具。近日，北京大学孙聆东教授团队在权威期刊《发光学报》上发表了题为《近红外二区发光探针及生物成像》的特邀综述论文。本文系统综述了NIR-Ⅱ发光探针的开发及其在生物医学领域的应用进展，总结了各类NIR-Ⅱ探针的光学特性，重点围绕其在解剖结构成像、肿瘤精准诊疗、活体分子事件示踪、响应性成像与活体微环境成像和构建诊疗一体化平台中的创新实践展开综述。最后，展望了NIR-Ⅱ发光材料的发展和应用，期待在基础研究与临床转化中发挥更重要的作用。

活体成像技术作为生物医学研究的重要工具，在疾病诊断、手术指导、疗效监测等领域得到了广泛应用。其中，光学成像凭借无放射性、快速响应和高灵敏度等优点而备受关注。然而，光学成像存在穿透深度低、易受自体荧光干扰等劣势。为了提高光学成像质量，能够提高信噪比的成像波长窗口非常重要。与波长较短的可见光区（400~700 nm）和近红外一区窗口（NIR-Ⅰ,700~900 nm）相比，波长更长的近红外二区窗口（NIR-Ⅱ,1000~2000 nm）具有较小的散射和可忽略的自体荧光，可以实现更高空间分辨率、更深穿透深度以及更高信噪比的荧光成像。本文介绍了近年来NIR-Ⅱ发光探针的研发现状，及其在生物解剖结构成像、肿瘤成像与手术指导、活体分子成像、响应性成像和诊疗一体化平台等领域的应用。

近红外二区（NIR-II，1000-2000 nm）生物成像技术作为生物医学研究的重要工具，在活体深层组织成像方面展现出显著优势。相较于传统的近红外一区（NIR-I，700-900 nm）成像，NIR-II成像的核心突破在于其独特的光学特性：虽然水分子在该波段的吸收略强，但由于组织散射系数与波长呈反比关系，其光散射显著降低。更重要的是，当波长超过1300 nm时，生物组织内源性荧光团产生的自体荧光背景大幅减弱，在1500 nm以上波段几乎完全消失。这些特性共同作用，使NIR-II成像能够实现更深的组织穿透深度和更高的信噪比。基于光学特性的差异，NIR-II成像窗口可进一步细分为NIR-IIa（1300-1400 nm）和NIR-IIb（1500-1700 nm）两个子窗口。其中，NIR-IIb窗口因其最低的组织散射和背景噪声水平，特别适用于微血管成像等高分辨率应用场景。近年来，随着探测器技术的快速发展，特别是NbTiN单光子探测器和HgCdTe相机等新型设备的推出，研究范围已成功拓展至NIR-IIc窗口（1700-2000 nm）。这一新兴窗口展现出更优越的光学特性，包括进一步降低的组织散射和更强的穿透能力，已成为当前活体成像研究的前沿领域。

开发性能优异及生物相容性良好的NIR-II发光探针是实现深层组织高分辨率成像的前提。理想的NIR-II探针应具备高化学稳定性、优异的光学性能、良好的生物安全性以及较高的发光量子产率等特点。目前，NIR-II发光探针主要分为无机纳米探针与有机分子探针两大类。无机纳米探针主要包括单壁碳纳米管、量子点、稀土纳米颗粒以及金纳米团簇等。与碳纳米管相比，量子点的量子产率高且发射波长连续可调。稀土纳米颗粒的吸收和发射峰较窄、斯托克斯位移大，同时发光寿命长，适于时间门成像或寿命成像。金纳米团簇则兼具优异发光特性和肾脏快速代谢能力。有机小分子探针凭借其明确的化学结构、优异的生物相容性和代谢特性展现出广阔的临床应用前景。此类探针主要包括花菁类衍生物和供体-受体结构染料等，特别值得关注的是聚集诱导发光策略和J-聚集体的构建显著提升了其发光性能。在选择探针过程中，需要系统权衡发光特性与生物相容性之间的关系。无机探针在NIR-IIb/c波段的长波长发光方面表现突出，而有机探针则在体内代谢性能方面更具优势。当前研究重点聚焦于通过表面修饰和聚合物包覆等策略，在保持探针优异发光性能的同时提升其生物安全性。通过持续优化探针设计，NIR-II成像技术在肿瘤诊断与血管成像等领域展现出应用潜力。

NIR-II发光凭借其优异的组织穿透能力和高时空分辨率，已成为深层组织成像的重要工具。利用NIR-II发光探针，可实现对骨骼、胃肠道等深层组织及血管等精细结构的实时、动态、高分辨成像。基于发光波长位于1100 nm以上的有机染料、Pdots、量子点及稀土纳米晶等NIR-II探针，研究者们建立了骨关节炎、骨折、胃肠炎症等疾病的非侵入性、无辐射诊断新方法，并实现了小鼠全身血管的三维成像与分析。该技术在动态监测血栓治疗、脑缺血再灌注损伤、肿瘤血管变化等生理病理过程方面展现出潜力。此外，NIR-II发光探针在肿瘤边缘识别方面表现出优于传统NIR-I染料的灵敏度，为肿瘤早期诊断和术中精准导航提供了新策略。结合特异性标记技术，NIR-II探针还可在活体水平、非干扰条件下实现对细胞功能与分子过程的显微成像与研究。

生物标志物检测是疾病诊断的重要环节，发展能对活体微环境进行原位监测的响应型NIR-II发光探针，是实现疾病诊断的有效策略。目前，研究者已成功开发了针对尿酸、次氯酸等疾病特征分子的发光增强型与减弱型NIR-II探针。为进一步提高检测准确性，发射波长位于NIR-II窗口的比率型探针也被广泛报道，其发光波长已可延伸至1600 nm以上。通过巧妙利用血红蛋白等内源性组分对不同波长的吸收差异，研究者进一步开发出能高帧率、精准监测微血管特定位置血氧饱和度的NIR-II比率探针，为多种肿瘤免疫治疗响应的精准预测与筛选提供了有力工具。上述NIR-II放光探针的发展，为多种疾病的诊断提供了新型无创分子影像手段。

除成像功能外，通过结构设计或材料复合可构建基于NIR-II发光材料的诊疗一体化纳米平台。目前，主要的光触发治疗模式包括光动力治疗和光热治疗。利用稀土纳米晶特有的上转换发光性质，将其与光敏剂复合，可实现NIR-II发光引导下的深层组织光动力治疗。在其它疾病诊疗方面，NIR-II发光也发挥着不可替代的作用。例如，将NIR-II发光探针整合于3D打印骨修复支架中，可在促进骨修复的同时，原位监测修复过程中的早期炎症、血管生成及植入物降解。在肺部疾病的诊疗中，研究者将聚集诱导发光光热剂封装至PLGA聚合物核中，通过结核分枝杆菌刺激的巨噬细胞膜包覆，实现了对结核肉芽肿及内部结核分枝杆菌的同步靶向。NIR-II发光探针为多种疾病提供了前景广阔的诊疗一体化新工具，为协同治疗提供了丰富手段。

NIR-Ⅱ发光材料凭借其独特的光学特性，在生物医学成像领域展现出诱人的应用潜力，为高分辨、高穿透深度的活体动态观测提供了基础。目前，研究者已开发出包括无机纳米探针（如量子点、稀土纳米颗粒等）和有机探针（如D-A-D结构染料、花菁类衍生物等）在内的多种NIR-Ⅱ发光材料。这些材料在生物医学领域的应用已突破传统解剖结构成像的局限，成功应用于微血管网络重构、肿瘤微环境动态示踪及术中精准导航等领域。特别是在分子与细胞水平研究中，NIR-Ⅱ成像能够实时捕捉免疫细胞迁移和演变等动态过程，为解析疾病机制提供了全新视角。此外，基于响应性探针的功能成像技术进一步拓展了其在血氧监测、疾病诊断等领域应用的边界。

尽管NIR-Ⅱ成像在多种领域展现出巨大潜力，然而面对更加复杂的生物系统，需要更具特异性、稳定性的NIR-Ⅱ探针以实现精准、可靠的NIR-Ⅱ成像。对于发射波长超过1700 nm的NIR-Ⅱ探针，还缺乏更高灵敏度和更宽光谱响应范围的探测器，亟需开发更长截止波长的HgCdTe、InSb和超导纳米线等新型探测器。现有NIR-Ⅱ成像设备体积较大，也面临与临床现有操作系统融合的挑战。随着成像探针设计、成像技术及临床前评估的协同创新，NIR-Ⅱ荧光成像有望在科研与医疗领域发挥重要作用，为精准医学提供更强大的技术支撑。

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