长久以来，肿瘤精准诊断依赖对组织进行切片这一主要方法。能不能避免切片带来的可能影响，无损伤进行同样精度的检测？这个问题成为全球相关领域科学家共同攻关的目标。近日，《自然·纳米技术》期刊在线发表了复旦大学化学系教授张凡团队的科研成果，为以上难题的攻克提供了全新的思路与可能——注射可代谢的荧光指针进入体内，让其寻找到癌细胞并与之贴合，然后只需通过无有害辐射的近红外光照射，即可精准了解癌细胞的多项指标。

张凡介绍，荧光是自然界中常见的一种发光现象，可以通过荧光探针介质来对生物体组织进行成像检测。荧光成像不仅具备了实时性和高空间分辨率等特点，同时还能通过多个不同波长的荧光信号，以实现多个待测物的同时多通道检测。荧光成像所具备的一系列优势，使其在生命科学、药学和医疗诊断等领域都有着非常广泛的应用前景。

在过去的工作中，研究者们主要致力于在可见光区（400 nm-750 nm）和近红外第一窗口（700 nm-900 nm）内进行荧光成像。但由于生物体内不同的组织（如皮肤、脂肪、骨骼等）对激发光和发射光均具有不同的散射和吸收作用，使得在这两个区间内的光学穿透深度和成像分辨率都比较低。这种现象就好比是在夜晚拿着照相机拍照，不仅难以拍清较远的物体，照片成像中的噪点也会格外明晰。

最近，研究者们发现，在近红外第二窗口区（NIR-II，波长1000 nm-1700nm）内，生物组织对激发光和荧光信号的散射和吸收作用极低。光在穿透皮肤、脂肪等生物组织时的“折损率”就极大地下降了。换句话说，相比起可见光区和近红外第一窗口，荧光信号在近红外第二窗口区域内可以更好地实现对生物体的深组织成像。同时，生物组织在近红外第二窗口区域内的自发荧光效应也较低，使生物组织内的待检测荧光信号较少受到来自生物组织本身的自发荧光的干扰。消除了生物组织自身的干扰因素后，成像“照片”中的“噪点”也就得到了显著减少。正是在这两大优势的助力下，近红外第二窗口区域内的荧光成像在生物组织多重检测中有着较好的表现与巨大的发展前景。

然而，这一成像技术在实际的活体多重成像应用中的效果却往往不尽如人意。由于生命活体中各类生物组织在不同的光波段里，具有截然不同的散射和吸收“能力”，所获得的荧光信号会随着不同深度的组织而变化，无法有效地利用多个波长来对活体中不同的分析物进行同时定量检出，无法实现活体中基于多光谱信号的多重检测。难道就没有别的办法了吗？带着质疑和不断的尝试，张凡团队为这一难题交出了具有突破性的答卷。

科学家将荧光探针介质注射进入实验用小鼠身体，对生物体组织进行成像检测，并给出肿瘤多项指标定性、定量的分析。

研究人员提出了“基于时间维度的多重成像法”，利用在近红外第二窗口区具有荧光发射的稀土纳米探针荧光寿命信号来实现活体多重成像。当荧光探针被一束近红外激光激发后，该探针吸收能量从基态跃迁至激发态，偏离原有的“运动轨道”，再以辐射跃迁的形式发出荧光并回到基态，回归到原有的“运动轨道”上。当去除激发光后，探针荧光强度降低到激发时荧光最大强度的一定比例时所需要的时间即为荧光寿命。课题组在实验中发现，荧光寿命的数值具有较好的稳定性，并不会因为生物组织深度的改变而随之改变。

“目前，我们在动物实验中取得了良好的结果，在对切片下来的组织的对比检测后发现，对应准确性也非常好，”张凡说。据了解，这一涉及化学、物理、生命科学的学科交叉研究成果，有望在乳腺癌等浅表性部位癌症上应用。但从研究到真正进入临床，还有很长路径要走。