物質學院朱幸俊與信息學院任無畏組合作開發高分辨率活體腦血管溫度成像方法

ON2024-04-01CATEGORY科研進展

近日,上??萍即髮W物質科學與技術學院朱幸俊課題組、信息科學與技術學院任無畏課題組等合作,發展了一種工作波長大于1500 nm的近紅外發光納米溫度探針,并結合光傳播模型計算成像技術,在活體小鼠腦血管中實現百微米級溫度成像。該成果發表于國際學術期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。

生物體溫度檢測有助于闡明生物學機制并指導診療過程,如檢測腦血管的溫度對于研究腦功能和診斷神經系統疾病有著重要的意義。光學成像測溫靈敏度高,信號采集迅速,但對于微米級的精細生物結構進行溫度成像檢測仍面臨挑戰,這主要是由于生物組織嚴重的吸收散射效應影響了成像檢測的分辨率。

為此,朱幸俊、任無畏等課題組合作發展了基于發光納米材料的溫度成像檢測方法:開發出一種近紅外第二/第三光學窗口發射的納米溫度探針,通過設計鑭系發光中心離子(Er3+Yb3+)與水環境的能量傳遞過程,實現1550 nm和980 nm發光強度比值對溫度的響應。在光學成像中生物組織的高吸收和散射效應會造成熒光信號損失進而影響測溫結果,因此采用光學斷層成像技術中的光傳播模型以校準熒光強度,通過完善熒光強度比值與溫度的關系,提高溫度探針在體內測溫的準確度。該測溫方法成功實現了小鼠腦血管系統的高分辨率溫度成像,空間分辨率可達約200 μm。

 

1近紅外發光納米溫度探針的感溫機制示意圖。


2 基于近紅外發光成像的小鼠腦血管高分辨率溫度成像。

 

這項研究成果為生物體內精細組織結構的溫度檢測提供了一種新的思路和方法,能更好了解溫度對生物學過程的影響以及在疾病發生和進展中的作用,有望推動神經科學研究和腦疾病診療的發展。

上??萍即髮W物質學院2023屆碩士畢業生武玉凱、2023級博士研究生李芳為該論文的共同第一作者,上科大物質學院朱幸俊教授、信息學院任無畏教授,上海交通大學轉化醫學研究院李富友教授為共同通訊作者,上??萍即髮W為第一完成單位。

論文標題:Lanthanide luminescence nanothermometer with working wavelength beyond 1500?nm for cerebrovascular temperature imaging in vivo

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46727-5