可NIR-II荧光成像的多功能化疗栓塞微球PLGA@Re-DOX的制备及其在肝癌荧光手术导航中的应用

目的:开发具备近红外二区(Near-Infrared II,NIR-II)荧光成像性能的多功能化疗栓塞微球,评估其在肝癌NIR-II荧光手术导航中的应用效果。方法:制备NaGdF_(4):Nd@NaGdF_(4)纳米颗粒(Re NPs)和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Polylactic-co-glycolic Acid,PLGA)基微球,利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)和荧光光谱仪分析Re NPs形貌和荧光性能。PLGA基微球的形貌、元素组成通过光学显微镜、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线能谱分析(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)进行表征。利用紫外光谱分仪测定PLGA微球的阿霉素(Doxorubicin,DOX)装载和DOX释放情况。细胞增殖-毒性实验(Cell Counting Kit-8,CCK-8)和溶血实验来评估其生物相容性。利用NIR-II成像系统分析PLGA@Re-DOX微球的成像效果和荧光稳定性。通过肝动脉插管将PLGA@Re-DOX微球递送至大鼠肝癌部位,观察其对NIR-II荧光成像效果。结果:Re NPs展现出良好的单分散性和均一球形结构,平均粒径为9.3±0.4 nm,并具备优异的NIR-II荧光成像性能。PLGA、PLGA@Re-DOX微球尺寸分别为294±7μm、288±13μm,具有高度的均一性。PLGA微球具有良好的生物相容性,其对细胞存活率和溶血率与对照组相比没有显著统计差异(P>0.05)。此外,DOX包封率可达2.5%,能缓慢释放药物。PLGA@Re-DOX微球具有良好的肝内外NIR-II荧光成像效果和优异的荧光稳定性,经肝动脉递送后进行NIR-II荧光成像可以清晰地显示肿瘤边缘。结论:制备的PLGA@Re-DOX微球可有望实现对肝癌的NIR-II荧光成像和荧光手术导航。

近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中识别甲状旁腺中的应用

目的:评估近红外/吲哚菁绿荧光成像(near-infrared fluorescent/indocyanine green, NIRF/ICG)技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中对甲状旁腺的识别效果。方法:选取在我院行甲状腺癌全切手术的100例患者临床基本资料,根据患者入院时间分为单独使用纳米碳组50例和近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭组50例。联合组术中联合近红外/吲哚菁绿荧光成像技术同时术中注射纳米炭识别甲状旁腺,并通过术中甲状旁腺试纸快速检测确诊是否为甲状旁腺。比较两组患者甲状旁腺识别率、准确率及暂时性、永久性甲状旁腺功能减低发生率。根据荧光强度分析术后发生暂时性及永久性甲状旁腺功能减退风险,单因素分析探索影响荧光强度的因素,探索荧光强度与暂时性甲状旁腺发生风险相关性。结果:两组患者的性别、年龄、身高、体重、体质量指数(body mass index,BMI)(P=0.384 1)、术前甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)(P=0.964 1)、术前血清钙(P=0.356)差异均无统计学意义。联合组甲状旁腺识别率88%(176/200),纳米炭组识别率63%(126/200),比较差异有统计学意义(P<0.01);联合组准确率为96.59%(170/176),纳米炭组准确率为87.30%(110/126),比较差异有统计学意义(P<0.01)。联合组术后常规病理1枚误切的甲状旁腺,单独纳米碳组术后发现5枚误切的甲状旁腺。联合组术后第一天有10例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低,单独纳米炭组共22例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低;联合组术后1天血钙为(2.15±0.07)mmol/L,纳米碳组为(2.09±0.10)mmol/L,差异有统计学意义(P=0.002 438);术后6个月联合组患者出现1例永久性甲状旁腺功能减低,纳米碳组出现5例永久性甲状旁腺功能减低。单因素回归分析结果显示性别(β=-0.383 541 6;95%CI:0.2~2.35;P=0.538 595 3);身高(β=-0.044 147 54;95%CI:0.89~1.03;P=0.233 478 2);BMI(β=-0.173 074 1;95%CI:0.66~1.04;P=0.125 803 6);年龄(β=-0.008 371 99;95%CI:0.94~1.04;P=0.742 1);甲状旁腺分型(β=18.460 56;95%CI:0.94~1.04;P=0.233 478 2);术前血钙(β=-1.765 215,95%CI:0~328.74;P=0.650 233 9);术前PTH(β=0.022 139 24;95%CI:0.91~1.14;P=0.690 276)对FI没有影响。荧光强度FI与术后发生甲状旁腺功能减退风险负相关。结论:近红外/吲哚菁绿荧光成像联合纳米炭技术识别甲状旁腺安全有效,可以提升甲状旁腺识别率,减少误切,并且缩短了误切的甲状旁腺组织离体时间,提升了甲状旁腺组织自体移植的成活率,降低了术后发生暂时性甲状旁腺功能减退的风险,减少术后永久性甲状旁腺功能减退发生率。

一例简单的席夫碱探针对次氯酸根的荧光开启识别及生物成像应用

通过缩合反应制备了一例简单的席夫碱探针苯并色烯-2-甲醛缩二氨基马来腈(1),使用核磁共振氢谱/碳谱、质谱和单晶X射线衍射等手段表征了探针的结构。荧光测试表明,探针1自身无荧光,而次氯酸根(ClO^(-))能够特异性打开探针1在530 nm处的强荧光发射。探针1对ClO^(-)响应灵敏且在数秒内完成。通过质谱和理论计算手段研究了ClO^(-)介导的探针1的分解反应机理。此外,该探针还可用于活细胞、斑马鱼和拟南芥中ClO^(-)的荧光成像。

黄绿色荧光成像用环烯烃共聚物镜片减反膜的研制

针对黄绿色荧光成像过程中由于发光微弱导致细节丢失的问题,以环烯烃共聚物中的F52R材料为基底镜片,采用电子束离子辅助蒸发的方法制备了可见光波段黄绿光高通型的减反膜。根据光谱使用要求,利用膜系设计软件TFCalc进行了膜系的设计和优化;通过离子源沉积工艺的优化,解决了低温镀制过程中膜层牢固度的问题。测试结果表明:当光线的入射角为5°时,400~700nm平均反射率约为0.55%,500~600nm的黄绿光平均反射率约为0.29%,光谱曲线呈现黄绿光高通的形状,满足使用要求。

近红外荧光成像技术实现术中神经成像:应用现状与未来发展

背景:目前主要的神经成像方式,如磁共振成像、计算机断层扫描和高分辨率超声,均无法为医生提供术中实时定位图像。随着近红外荧光成像技术应用于临床,手术目标区域的直接可视化成为现实,这为神经的术中实时识别提供了新的方案。目的:归纳并总结近红外荧光成像技术实现术中神经成像的研究进展。方法:以“近红外荧光成像,光学成像,神经成像”为中文检索词,以“near-infrared fluorescence imaging,optical imaging,nerve imaging”为英文检索词,分别检索万方数据、中国知网及PubMed数据库。检索时间范围重点为2010年1月至2023年7月,同时纳入少数经典远期文献,通过阅读文题和摘要进行初步筛选,排除中英文文献重复性研究、低质量期刊及内容不相关的文献,最后纳入69篇文献进行综述。结果与结论:(1)吲哚菁绿引导下的近红外荧光成像在临床上已被用于术中血管、输尿管和胆管等管状器官以及各种肿瘤的识别与定位,是目前在精准外科手术中应用比较成熟的术中成像方法。(2)在近红外荧光成像技术实现术中神经荧光成像的研究中,吲哚菁绿是目前唯一的一种应用于临床研究的近红外荧光染料。(3)理想神经显影剂应该具有以下特点:在围术期容易给药,logD在pH=7.4时数值为0.5-3.0,分子质量<500 Da,有近红外窗口中的激发和发射波长,能够在神经组织中长时间保留,具有较高的SBR值以及较高的安全性。(4)未来近红外神经荧光显影剂的开发中,研究者们应该将重心放在合成吲哚菁绿与神经特异性靶点的复合物中。(5)在应用前景方面,该技术不仅能使术中神经荧光成像将成为现实,而且在原位监测神经再生以及诊断神经系统疾病方面也将取得巨大突破。

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

线粒体靶向的罗丹明衍生物用于肿瘤荧光成像

设计合成了两例以罗丹明为母体的荧光染料RDMID-C和RDMID-N。实验结果表明,上述染料分子具有较低的细胞毒性,良好的生物相容性及靶向细胞线粒体的能力。两例荧光染料在细胞器定位实验中与商业化线粒体染料的共定位系数较高,并在小鼠肿瘤中有较长的滞留时间,可以用于肿瘤荧光成像。

基于铁配合物的焦磷酸根离子荧光探针的构建及生物成像

以萘并[2,1-b]呋喃-2-碳酰肼和4-甲酰基-3-羟基-N-丁基-1,8-萘二甲酰亚胺为原料经缩合反应制备了一种新型配体ARC,配体ARC与Fe^(3+)按照1∶1络合制备了荧光探针ARC-Fe^(3+),通过高分辨率质谱(HR-MS)、核磁共振氢谱(1H NMR)对探针结构进行了表征。利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等方法对ARC-Fe^(3+)的识别性能进行了研究。结果表明,探针ARC-Fe^(3+)可通过荧光“OFF-ON”高选择、高灵敏地识别焦磷酸根离子(PPi),探针ARC-Fe^(3+)识别PPi的检测限为1.12×10^(-8) mol/L,且可在60 s内完成对PPi的响应。探针ARC-Fe^(3+)已被成功应用于细胞和活鼠体内对PPi的荧光成像研究。

活细胞应激反应过程中线粒体和核仁微环境动力学的荧光寿命成像研究

核仁和线粒体在维持细胞平衡发挥重要作用,研究其生理过程有助于深入了解生物学功能.本文采用一种红色荧光的芘罗丹明荧光探针在不同条件下靶向标记细胞线粒体和核仁.通过激光共聚焦成像和荧光寿命成像技术分析HeLa细胞在光照和药物刺激下细胞凋亡的形态变化,并利用相图定量分析了线粒体与核仁的微环境变化,确定在稳态HeLa细胞中探针标记到的线粒体的平均荧光寿命约为3.65 ns,线粒体黏度约为66×10^(-3)Pa·s.在激光光照后,探针标记到HeLa细胞线粒体的荧光寿命降至3.61 ns,对应线粒体黏度增至约131×10^(-3)Pa·s;使用紫杉醇和秋水仙碱诱导细胞凋亡,观察到探针标记于HeLa细胞核仁的荧光寿命先增加后降低,反映了在HeLa细胞凋亡过程中核仁微环境的变化,证明HeLa细胞在非稳态情况下核仁和线粒体的功能变化,为线粒体和核仁功能障碍相关疾病研究提供了新的研究方法.

新吲哚菁绿IR-820辅助的近红外荧光成像和光热及协同治疗在肿瘤诊疗中的应用进展

新吲哚菁绿IR-820因其具有强近红外(near-infrared,NIR,750~1700 nm)荧光特性、良好生物相容性、高光热转换效率及稳定性等优势,在NIR发光的有机荧光染料中脱颖而出,被广泛应用于生物医学成像、荧光标记、细胞实时监测、光热治疗等研究领域。为更好地发挥IR-820的生物医学应用价值,研究人员用不同生物化学分子修饰IR-820来增强其荧光及光热特性,制备多种类的荧光纳米粒子,在基础生物医学成像与肿瘤光热治疗方面开展了众多研究。总结了IR-820荧光纳米粒子在近红外荧光成像和通过光热机理及与其他技术协同治疗肿瘤中的应用研究,希望为进一步推进有机荧光染料IR-820在生物医学领域应用和临床转化发展提供参考。

近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望

近红外荧光成像技术是临床应用的热点,主要用于血管成像、神经成像、细胞示踪、肿瘤手术导航。近红外Ⅰ区荧光成像技术在肝胆胰外科中已广泛使用,与之相比,近红外Ⅱ区荧光成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透能力,较低的组织吸收性,对位于身体深部肿瘤如胰腺肿瘤成像效果更佳。近红外荧光成像技术为肿瘤早期诊断、术中切缘阴性、微小转移灶识别等带来了新方向、新希望。本文就近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望进行讨论。

荧光共价有机框架的合成及其传感、成像应用研究进展

荧光共价有机框架(fluorescent covalent organic frameworks,FCOFs)由各种荧光有机分子单体通过可逆缩合反应形成高度有序的结晶性有机框架结构,具有独特的荧光特性、良好的化学稳定性、高比表面积、大π共轭结构以及有序的永久性可调节孔隙等特点,在传感和成像等领域受到越来越多的关注。综述了FCOFs的定义、光学性质、合成方法及其在传感与成像方面的应用研究进展,并对FCOFs材料的设计合成及应用面临的挑战进行了展望。

吲哚菁绿荧光成像技术在复杂腹腔镜胆囊切除术中的临床应用

目的:探讨吲哚菁绿荧光成像技术在复杂腹腔镜胆囊切除术中的应用价值。方法:选取2019年2月至2023年3月收治的78例胆囊炎症病史、行胆囊穿刺病史或有上腹部手术史的患者,术前均经强化CT或彩超证实胆囊结石、胆囊炎。术前或术中予以静脉或胆囊内注射稀释的吲哚菁绿,在荧光腹腔镜下行胆囊切除术。结果:78例患者注射吲哚菁绿后均未出现不良反应,71例胆管显影,手术时间平均(69.89±24.17)min;术中失血量平均(36.63±37.15)mL;胆囊管变异1例,胆囊床胆漏2例,胆总管漏1例;术后平均住院(4.62±1.79)d,无胆管损伤发生。结论:在复杂腹腔镜胆囊切除术中应用吲哚菁绿荧光成像技术可帮助发现胆管变异、胆漏,避免胆管损伤,是安全、可行、可靠的。

细胞器超分辨成像荧光染料

超分辨显微镜提供超越传统光学显微镜衍射极限的成像能力,彻底改变了细胞生物学领域研究。在这一背景下,具有光稳定性、易于修饰和荧光开关可调等独特性能的有机小分子染料获得了新的发展机遇。聚焦于不同细胞器超分辨成像荧光染料,总结了目前可用的超分辨荧光探针的设计和靶向策略。首先简要介绍了三种主要的超分辨成像技术,包括结构光照明显微镜技术、受激发射损耗显微技术和单分子定位成像技术,以及它们对荧光染料性能的不同要求,并介绍了近五年来用于线粒体、溶酶体、细胞膜、脂滴和细胞核的超分辨成像的荧光染料。最后讨论了该领域当前所面临的挑战。

线粒体活性氧靶向成像荧光探针概述

线粒体作为细胞的能量工厂,在调节细胞氧化还原水平、自由基稳态等方面发挥着重要作用,因此,对线粒体微环境中的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)进行监测能加深对线粒体的了解。而化学小分子荧光探针在检测细胞微环境方面具有独特的优势,开发化学小分子靶向细胞线粒体并检测其细胞内微环境的变化对于了解与线粒体相关疾病具有重要意义。该文基于靶向线粒体ROS探针的反应机理,对超氧化阴离子(O2·-)、次氯酸(HClO)、过氧化氢(H2O2)以及一氧化氮(NO)和过氧亚硝基阴离子(ONOO-)等ROS荧光探针进行了介绍,分析了其反应特点、识别机理及不足之处,并展望了线粒体ROS探针在生命医学中的重要意义和发展前景。

基于卷积神经网络和叶绿素荧光成像的绿豆叶斑病识别研究

为了解决绿豆叶斑病不同病害等级之间容易混淆的问题,本研究以感染不同程度叶斑病的绿豆叶片叶绿素荧光图像为研究对象,提出了多模块串联卷积神经网络(Multi-Module Sequential Convolutional Neural Network,MMS-Net)模型。该模型主要由本研究搭建的Sub模块和Wave模块串联堆叠组成,并且在每个Sub模块中和每个Wave模块结尾处加入混合注意力机制CBAM,在减少非叶斑病特征干扰的同时,对相似病斑进行更为细致的特征提取,提高病害识别的准确率。在相同条件下,与经典的卷积神经网络模型(VGG16、GoogLeNet、ResNet50)以及流行的轻量级卷积神经网络模型(MobileNetV2、MobileNeXt、MobileNetV3、Shuffle-NetV2)进行比较,本研究提出的MMS-Net模型参数量仅为11.43 M,测试准确率达到91.25%,均高于其他模型,分类效果最优。通过分析精度、召回率、F1分数等评价指标可以看出MMS-Net模型具有较好的鲁棒性和泛化能力。本研究结果可为绿豆等作物的抗病种质资源识别和筛选提供新思路。

可见-近红外二区双通道荧光成像系统

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-Ⅱ窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

实验室光源的微束X射线荧光成像系统研制及应用研究

微束X射线荧光成像(μ-XRFI)是无损获取样品内部元素微区分布信息的重要方法,主要应用于微米量级区域内的元素分辨成像。同步辐射是μ-XRFI的理想光源,由于其装置庞大、造价高昂,用户机时紧张,并不适宜于常规应用。基于实验室X射线光管、多毛细管聚焦镜、高精度样品台及硅漂移探测器,研制了一套具有元素分辨的μ-XRFI系统,性能测试结果表明该系统可以测量分析元素含量为0.001%量级的溶液样品和优于20μm的空间分辨能力。基于该μ-XRFI系统开展了应用研究,获得了小鼠脑、芯片及古代陶瓷样品中的多种主要元素及微量元素的空间分布,结果表明该系统可满足μ-XRFI的需求,可为生物医学、电子元件检测、瓷器色彩成分鉴定等领域研究提供帮助。

成像流式细胞术和免疫荧光技术检测成纤维样滑膜细胞Ahr入核的比较

目的探究成像流式细胞术和免疫荧光技术检测成纤维样滑膜细胞中Ahr入核的差别。方法用15%的DMEM培养人来源的成纤维样滑膜细胞细胞株MH7A,分别用激光共聚焦显微镜和量化成像流式细胞仪(ImageStreamX MarkⅡ)检测空白对照组、Kyn组和Kyn+CH223191组对MH7A中Ahr的入核水平,并采用非参数检验比较两种检测技术检测结果的相关性。结果与空白对照组相比,免疫荧光技术和成像流式细胞术测得的MH7A细胞中Kyn组和Kyn+CH223191组Ahr入核能力增加(P<0.05),两种实验方法测得的三组结果相关性良好,R 2值分别是0.8638、0.9287和0.9018,差异有统计学意义(P<0.05)。结论相较于免疫荧光技术的操作和结果,成像流式细胞术数据处理比较复杂,但所得结果精确度高,避免了实验者的主观性,减少实验误差。

近红外荧光成像在泌尿系肿瘤中的研究进展

恶性肿瘤严重威胁着人类的生命健康,其中泌尿系三大肿瘤的发病率和死亡率也在不断上升,早期诊断、早期治疗可以显著改善肿瘤患者的预后。荧光成像(fluorescence imaging, FLI)可以进行实时、无创、高时空分辨率的成像,准确获取体内动态生物信息,对癌症的早期诊断和治疗具有重要作用。得益于近红外波段(Near-infrared, NIR)较强的穿透能力,有利于实现大的提高成像深度和高空间分辨率,突破了组织深部的成像限制。目前,荧光成像技术已用于肿瘤的特异性成像、手术辅助导航和光热治疗中,因此本文就NIR荧光成像在泌尿系肿瘤中特异性显像的研究进展作一综述。