前沿洞察 | 穿透深度提升4倍！这项新技术正解锁活体深层成像的新视界

在生物医学成像领域，实现深层组织的高分辨率光学观察，一直是一个长期悬而未决的目标。

苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）生物医学工程研究所的研究员 Quanyu Zhou 指出：“哺乳动物的组织天然具有不透明性，这严重阻碍了光学成像技术获取高分辨率图像。”

在过去，光学显微镜的穿透深度从根本上受限于所谓的“弹道状态”（ballistic regime）——通常只能穿透距离表面不到1毫米的深度。

这意味着什么？

当科学家们想要观察动物模型（如小鼠）深层大脑区域的分子和细胞细节时，由于皮肤和头骨对光线的强烈散射，他们往往不得不采取高度侵入性的外科手术（例如开颅手术）。这不仅限制了成像的体积，更对活体研究造成了不可逆的创伤，甚至可能改变生理状态，影响研究结果的准确性。

为了打破这一僵局，科学家们将目光投向了短波红外（SWIR）相机和近红外二区（NIR-II）光谱窗口。

生物医学成像教授 Daniel Razansky 及其团队发现，波长在 1000 到 1700 纳米之间的 NIR-II 光谱窗口，简直是深层成像的“黄金通道”。

在这个波段内：

• 光散射显著减少，光子能够穿透得更深；

• 背景自发荧光信号被有效抑制，图像信噪比大幅提升。

然而，挑战依然存在。虽然 SWIR 相机和 NIR-II 造影剂扩大了可达到的穿透深度，但由于光子的扩散效应，有效的空间分辨率会随着深度的增加而逐渐恶化。

如何才能在看得深的同时，还能看得清？

为了彻底解决分辨率随深度衰减的问题，Razansky 实验室（专注于开发新型多尺度功能和分子成像技术）与 Zhou 等研究人员共同开发了一项革命性的新技术——漫反射光学定位成像（DOLI，Diffuse Optical Localization Imaging）。

这项技术的核心逻辑非常巧妙：

它通过在 NIR-II 光谱窗口中获取一系列落射荧光图像，对包裹着硫化铅（PbS）量子点的流动微滴进行精准定位。

Razansky 教授解释道：“通过在 NIR-II 窗口内定位稀疏标记的造影剂，DOLI 能够穿透小鼠大脑等漫反射介质，以非侵入性的方式实现超分辨率成像。”

惊人的突破在于：DOLI 技术允许在超出光扩散限制深度 4 倍的地方进行显微荧光成像！它不仅打破了传统的光学极限，还通过利用局部光斑大小，从平面荧光图像记录中提取深度信息，进入了一个以前光学方法无法触及的“分辨率-深度”新领域。

这项技术的成熟，正在为脑科学和神经系统疾病的研究推开一扇全新的大门。

可视化完整活体大脑深处的生物过程，对于理解大脑的认知功能以及阿尔茨海默症、帕金森症等神经退行性疾病至关重要。

借助高效的 SWIR 相机和明亮的量子点，研究团队首次完全无创地清晰观察到了小鼠大脑深处的微血管和血液循环。成像深度达到了惊人的 ~1厘米，彻底告别了过去 1毫米 的极限！