摘要：超分辨显微技术的快速发展使得人们能够在活细胞中以纳米级空间分辨率观察亚细胞结构和动态行为，极大地推动了生命科学的进步。随着硬件技术的不断发展，性能优异的新型荧光探针的可用性变得越来越重要。近年来，荧光纳米探针（FNPs）因其高亮度和优异的光稳定性而成为生物成像

Volume 18, Issue 03 (May 2025)

Special Issue on Fluorescent Probes for Optical Imaging and Biosensing

荧光探针在光学成像与生物传感中的应用专刊

Guest Editors: Changfeng Wu, Chenguang Wang and Wei Chen

1. Advances in fluorescent nanoprobes for live-cell super-resolution imaging

荧光纳米探针在活细胞超分辨成像中的研究进展

摘要：

超分辨显微技术的快速发展使得人们能够在活细胞中以纳米级空间分辨率观察亚细胞结构和动态行为，极大地推动了生命科学的进步。随着硬件技术的不断发展，性能优异的新型荧光探针的可用性变得越来越重要。近年来，荧光纳米探针（FNPs）因其高亮度和优异的光稳定性而成为生物成像中极具前景的荧光探针。本文聚焦于荧光纳米探针作为活细胞超分辨成像探针的开发和应用。文章综述了不同的超分辨成像方法，讨论了这些方法中荧光纳米探针的性能要求，并回顾了荧光纳米探针在活细胞超分辨成像中的最新应用。最后，文章探讨了该领域面临的挑战和未来展望。

引用：

Peng Xu, Zexuan Dong, Simei Zhong, Yu-Hui Zhang, and Wei Shen. Advances in fluorescent nanoprobes for live-cell super-resolution imaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2530001 (2025)

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2. The second near-infrared (NIR-II) window excitable/emissive organic/polymeric fluorescent molecules for bioimaging application

近红外二区（NIR-II）激发的有机/聚合物荧光分子在生物成像中的应用

摘要：

在过去十年中，近红外二区（NIR-II，1000–1700 nm）的荧光成像（FLI）受到了广泛关注。与传统的近红外I区（NIR-I）激发（808 nm/980 nm）相比，NIR-II区激发（1064 nm/其他超过1000 nm的波长）的荧光成像能够提供更深的组织穿透深度和更高的成像清晰度，这得益于其抑制光子散射和降低自荧光的优点。在本综述中，我们总结了近年来开发的可被NIR-II激发/发射的有机/聚合物荧光团。这些荧光团的特性，如化学结构和光物理性质，也进行了深入讨论。此外，我们还重点介绍了NIR-II激发的非侵入性体内荧光成像的最新进展。理想的成像结果强调了NIR-II激发这些荧光团在实现深组织穿透和高分辨率成像中的重要性。最后，我们还讨论了NIR-II可激发/发射有机/聚合物荧光团面临的挑战和前景。我们期望这篇综述能够为研究人员提供灵感，激发他们创造新型的NIR-II可激发荧光团，并推动生物成像应用的发展。

引用：

Guannan Liu, Chenguang Wang, and Geyu Lu. The second near-infrared (NIR-II) window excitable/emissive organic/polymeric fluorescent molecules for bioimaging application.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2530002 (2025)

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3. Recent application of near-infrared fluorescence probes in food safety detection

近红外荧光探针在食品安全检测中的最新应用

摘要：

荧光探针因其操作简单、使用灵活、灵敏度高和效率高等优点，在生物和环境分析中得到了广泛应用，被认为是用于精准分析农业和食品相关有害物质的有前景的工具。

在本综述中，简要介绍了近红外荧光探针（NIFPs）的种类和特性，并总结了NIFPs在精准检测多种有害物质（包括重金属、亚硫酸盐及其相关漂白剂、过氧化氢等）方面的最新进展。最后，讨论了NIFPs在食品安全分析中面临的当前挑战和未来展望。

引用：

Lei Li, Zhongrui Peng, Yun Zeng, and Gang Liu. Recent application of near-infrared fluorescence probes in food safety detection.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2530003 (2025)

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4. Activatable fluorescent probes for imaging and diagnosis of hepatocellular carcinoma

可激活荧光探针在肝细胞癌成像和诊断中的应用

摘要：

肝脏癌症，特别是肝细胞癌（HCC），是一种消化系统的恶性肿瘤，其在全球范围内具有极高的发病率和死亡率。早期检测和诊断对于改善被诊断为HCC患者的预后至关重要。改善预后在很大程度上依赖于疾病的及时诊断和有效的治疗监测。可激活荧光探针对于检测和成像与疾病诊断相关的生物标志物以及体内成像至关重要。

本文综述了过去五年中为检测和成像HCC而开发的荧光探针。这种非侵入性光学成像方式在靶向病理部位方面显示出显著的潜力，并有望促进潜在的临床转化。

引用：

Xiaoxiao Men, Fanghong Liu, Mingyue Gong, Xuchao Wang, Ling Wang, Xiaoju Men, Haobin Chen, and Zhuxin Dong. Activatable fluorescent probes for imaging and diagnosis of hepatocellular carcinoma.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2530004 (2025)

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RESEARCH ARTICLE

5. Ultrabright quantum dots assisted in vivo NIR-II fluorescence microscopic imaging for brain metastases in triple-negative breast cancer

超亮量子点助力三阴性乳腺癌脑转移的体内近红外二区（NIR-II）荧光显微成像

摘要：

三阴性乳腺癌（TNBC）是一种具有侵袭性且常致命的疾病，尤其是其脑转移表现得尤为严重。然而，TNBC早期脑转移往往缺乏明显的症状，使得检测变得极具挑战性。近红外二区（NIR-II）荧光显微成像能够获得较长波长的光，从而实现减少光子散射、提高空间分辨率以及降低自荧光干扰，是一种有利于肿瘤诊断的成像方法。PbS@CdS量子点（QDs）是目前亮度较高的热门NIR-II荧光纳米探针之一。在本研究中，使用了发射NIR-II光的PbS@CdS量子点，并进一步用巯基封端的聚乙二醇（SH-PEG，分子量为5000）对其进行了包覆，形成了PbS@CdS@PEG量子点纳米颗粒（NPs）。随后对所获得的PbS@CdS@PEG量子点纳米颗粒进行了表征，并对其进行了详细研究。这些PbS@CdS@PEG量子点纳米颗粒具有宽吸收光谱，在大约1300 nm处展现出强烈的NIR-II荧光发射，并且具备良好的NIR-II荧光特性。接着，建立了TNBC早期脑转移的小鼠模型，并将PbS@CdS@PEG量子点纳米颗粒注入荷瘤小鼠体内，用于NIR-II荧光显微生物成像。在808 nm激光照射下，通过NIR-II荧光显微成像系统，能够以高空间分辨率检测活体小鼠的脑血管和肿瘤组织。随后，将肿瘤组织进一步固定并制备成薄片。从肿瘤切片中收集到具有高空间分辨率和信噪比（SBR）的NIR-II荧光信号。因此，PbS@CdS@PEG量子点纳米颗粒辅助的NIR-II荧光显微成像系统能够有效实现针对TNBC脑转移的靶向成像，为TNBC的特异性诊断提供了一种新颖且有前景的方法。

引用：

Yuxiang Gao, Chi Zhang, Lijun Zhu, Zhong Du, Rong Ma, Le Guo, Nuernisha Alifu, and Xueliang Zhang. Ultrabright quantum dots assisted in vivo NIR-II fluorescence microscopic imaging for brain metastases in triple-negative breast cancer.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2441001 (2025)

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6. Erbium-based hydrothermal YOF with stark sublevels for in vivo NIR II luminescence nanothermometer

基于铒的水热法制备的具有强分裂能级的YOF，用于体内近红外二区（NIR-II）发光纳米温度计

摘要：

稀土发光材料因其在可见光和近红外区域的特性，作为具有微观分辨率的非接触式温度监测设备在生物医学领域受到了广泛关注。在应用层面，要求在近红外二区（NIR-II）窗口具备一定的温度监测能力，以增强组织穿透深度。在此研究中，通过共沉淀法和水热法制备了两种YOF材料：分别掺杂了Er3+和Yb3+，并通过离子掺杂增强了发光性能。设计了一种基于Er3+的比率型纳米温度计，其基于Stark能级分裂，利用4F₉/₂ → 4I₁₅/₂（672 nm，上转换发光）与4I₁₃/₂ → 4I₁₅/₂（1580 nm/1566 nm，NIR-II下转换发光）之间的比值进行温度测量。当掺杂2% Zn2+时，通过共沉淀法制备的YOF的相对温度灵敏度从0.30%·°C-1（30°C）提高到0.59%·°C-1（30°C），扩大了其作为温度监测设备的使用可能性。通过水热法制备的YOF的温度灵敏度为1.01%·°C-1（30°C）。最后，利用所制备纳米温度计的NIR-II发光作为小鼠加热部位温度监测的对照。结果表明，该纳米温度计可以区分加热部位和对照部位，并且未发现明显的细胞毒性或对组织的损伤，显示出其在生物医学领域及其他未来温度监测场景中的广阔应用前景。

引用：

Zhenghao Liu, Ziyue Ju, Hanyu Liu, Zhan Wang, and Ruichan Lv. Erbium-based hydrothermal YOF with stark sublevels for in vivo NIR II luminescence nanothermometer.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2441002 (2025)

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7. Clickable HaloTag ligands for live cell labeling and imaging

用于活细胞标记和成像的可点击HaloTag配体

摘要：

自标记蛋白（SLP）标签（如HaloTag）作为先进的活细胞标记工具，已经引起了广泛关注。然而，可用于直接蛋白质标记的氯代烷烃类底物是有限的。在此，我们报道了两种生物正交的小分子连接体：氯代烷烃-四氮杂卓（CA-Tz）和氯代烷烃-叠氮化物（CA-N3），它们可以穿透细胞膜，并促进基于点击化学的活细胞标记。我们使用两种可点击的硅罗丹明染料（SiR-PEG3-TCO和SiR-PEG4-DBCO）比较了它们的标记能力。共聚焦成像结果显示，使用CA-Tz和SiR-PEG3-TCO染料表现出优越的细胞内标记能力，且非特异性信号低。随后，我们将硅罗丹明染料（SiR）的光稳定性与绿色荧光蛋白（mEmerald）的光稳定性进行了比较。全内反射荧光（TIRF）成像表明，在相同的激发条件下，SiR染料表现出优越的光稳定性，使其适用于长期细胞成像。此外，与荧光蛋白相比，SiR染料标记还显示出在四阶超分辨光学涨落成像（SOFI）中具有更高的结构保留度。本研究展示了可点击的HaloTag连接体作为活细胞标记和成像的有效工具，强调了氯代烷烃连接体和可点击染料在活细胞成像中高质量标记的优势。

引用：

Yunhe Luo, Siyu Zhou, Mingyue Gong, Changfeng Wu, and Xiaofeng Fang. Clickable HaloTag ligands for live cell labeling and imaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2441003 (2025)

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8. Recombinant PASylated nanobody probes with improved blood circulation and tumor targeting

具有改善血液循环和肿瘤靶向能力的重组PAS化纳米抗体探针

摘要：

纳米抗体在生物医学成像和治疗中已经得到了广泛的应用验证。然而，由于其小尺寸，纳米抗体探针常常会受到快速肾脏清除的影响。在此，我们报道了一种在C末端含有200个氨基酸多肽链（由脯氨酸、丙氨酸和丝氨酸组成，即PAS）的重组纳米抗体，该纳米抗体可以在大肠杆菌中以高产量轻松表达。PAS化的纳米抗体被功能化了一种荧光染料，并通过流式细胞术和共聚焦显微镜对其细胞标记特性进行了表征。体内荧光成像表明，与分子量相当的聚乙二醇化（PEGylated）纳米抗体相比，PAS化的纳米抗体显示出相当的血液循环时间，但肿瘤靶向能力提高了约1.5倍。我们的研究结果表明，纳米抗体的PAS化是一种有前景的方法，可用于生产用于成像和治疗应用的长循环纳米抗体探针。

引用：

Yicheng Yang, Lingyue Jin, You Zhang, Siyu Zhou, Weijun Wei, Gang Huang, and Changfeng Wu. Recombinant PASylated nanobody probes with improved blood circulation and tumor targeting.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2541001 (2025)

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9. Engineering bright J-aggregates through manipulation of electron acceptor for in vivo NIR-II fluorescence imaging

通过调控电子受体工程化高亮度J-聚集体用于体内近红外二区（NIR-II）荧光成像

摘要：

在第二近红外窗口（NIR-II，900–1700 nm）发射的荧光团因其能够实现高分辨率的深组织生物成像而备受关注，这主要得益于其在组织中的散射极小。尽管J-聚集为开发长波长发射体提供了一种有前景的方法，但由于J型骨架的稀缺以及可靠的分子设计原则的缺乏，限制了其在生物成像中的应用。在此，我们提出了一种通过在稠环骨架中引入电子吸引基团来工程化高亮度NIR-II J-聚集荧光团的策略。这些取代基能够调节共轭骨架上的静电势（ESP）分布，减少分子间的静电排斥力和分子间距，从而促进有序的J-聚集。因此，Y8聚集体（Y8纳米颗粒）在水溶液中展现出高达12.9%的优异荧光量子产率以及强烈的近红外吸收，可用于高性能的体内NIR-II荧光成像。这项工作不仅提供了一种新的J型骨架，还推进了对设计NIR-II J-聚集体至关重要的结构-性能关系的理解。

引用：

Yonghui Pan, Xianwei Weng, Mingxuan Jia, Xiaofei Miao, Hui Zhao, Jie Zhang, Wenbo Hu, and Quli Fan. Engineering bright J-aggregates through manipulation of electron acceptor for in vivo NIR-II fluorescence imaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2541002 (2025)

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10. Near-infrared Aza-BODIPY nanoparticles based on D-A-D structure for bioimaging

基于D-A-D结构的近红外Aza-BODIPY纳米颗粒用于生物成像

摘要：

体内光学成像对于疾病诊断具有重要意义，而具有近红外（NIR）发射的纳米探针则利用了NIR光提供的深组织穿透能力和高时空分辨率，展现出巨大的应用潜力。本研究介绍了三种掺氮的硼-二吡咯（Aza-BODIPY）分子的设计与合成：Aza-BDP-OCH₃、Aza-BDP-OH和Aza-BDP-I。借助Aza-BODIPY核心的强电子受体特性，我们通过三苯胺和甲氧基团的修饰，为Aza-BDP-OCH₃开发了供体-受体-供体（D-A-D）结构，从而实现了近红外荧光。Aza-BDP-OH通过使用三溴化硼进行脱甲基化获得，而Aza-BDP-I则是通过在Aza-BDP-OCH₃中引入碘原子合成的。这三种分子能够与两性聚合物PMHC₁₈-mPEG自组装形成纳米颗粒（NPs），从而产生光学纳米探针。这些纳米颗粒具有近红外发射、良好的水溶性和生物相容性。在100 μg·mL⁻¹的浓度下，这些纳米颗粒表现出低生物毒性，突显了其在生物应用中的潜力。尾静脉注射后，Aza-BDP-I纳米颗粒通过增强的渗透性和滞留（EPR）效应在肿瘤中积累，并有效地照亮肿瘤。此外，这些有机纳米颗粒通过肝脏代谢。因此，基于Aza-BODIPY的近红外荧光纳米颗粒为开发体内光学纳米探针提供了一个有前景的平台。

引用：

Haitao Liao, Qingxuan Meng, Yuhao Li, Senqiang Zhu, Rui Liu, and Hongjun Zhu. Near-infrared Aza-BODIPY nanoparticles based on D-A-D structure for bioimaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2541003 (2025)

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11. Deep learning-enhanced NIR-II fluorescence volumetric microscopy for dynamic 3D vascular imaging

深度学习增强的近红外二区（NIR-II）荧光体积分层显微成像技术用于动态三维血管成像

摘要：

在深层组织中对动态生物过程进行三维（3D）可视化仍然是一个挑战，因为时间分辨率与成像深度之间存在权衡。在此，我们提出了一种新颖的近红外二区（NIR-II，900–1880 nm）荧光体积分层显微成像方法，该方法结合了电调谐透镜（ETL）和深度学习方法，用于快速3D成像。该技术能够在活体小鼠脑血管中实现每秒4.2帧（fps）的体积分层成像，覆盖200微米的深度范围。我们使用了两个专门的神经网络：一个用于图像增强的比例递归网络（SRN），以及一个能够实现16倍轴向超采样的脑血管插值（CVI）网络。SRN基于双光子荧光显微镜数据进行训练，能够提高NIR-II荧光宽场显微镜图像的横向和轴向分辨率。CVI网络借鉴了视频插值技术，能够在获取的轴向平面之间生成中间帧，从而实现平滑且连续的3D血管重建。利用这一集成系统，我们能够对单个血管中的血流动力学进行可视化和定量分析，并能够在不同深度测量血流速度。这种方法在保持高横向分辨率的同时实现了快速体积分层成像，特别适用于研究深层组织中的动态血管过程。我们的方法展示了将光学工程与人工智能相结合以提升生物成像能力的潜力。

引用：

Shiyi Peng, Yuhuang Zhang, Xuanjie Mou, Tianxiang Wu, Mingxi Zhang, and Jun Qian. Deep learning-enhanced NIR-II fluorescence volumetric microscopy for dynamic 3D vascular imaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 03, 2550013 (2025)

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来源：科创中国一点号