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采用掺铥上转换纳米颗粒增强激光扫描多光子显微镜的分辨率与对比度

DOI：10.1007/s12274-019-2527-0 期刊：Nano Research 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 利用磷光标记物抑制光学背散射和自发荧光产生的短寿命背景噪声可实现高对比度光学成像。然而长寿命磷光通常与高速激光扫描成像模式不兼容。本研究证明，采用8%铥共掺杂的NaYF4:Yb上转换纳米粒子（8T-UCNP）结合商用激光扫描多光子显微镜，能独特地实现对生物体系的标记并获得高对比度的高分辨率图像。与多数磷光标记物相比，8T-UCNP约15微秒的发光寿命可实现快速成像。实验和理论验证其四阶光学非线性（n≈4）将UCNP的分辨率极限推进至衍射极限。通过两种方式实现背景抑制以增强对比度：(i)对8T-UCNP 455纳米窄发射峰进行带通光谱滤波；(ii)采用时间相关单光子计数系统实现时间门控——该方案使人乳腺癌细胞SK-BR-3摄取的聚乙烯亚胺包覆8T-UCNP对比度提升超过2.5倍。实验结果显示，小鼠尾静脉注射8T-UCNP溶液15分钟后，新鲜取出的脾脏组织中离散的8T-UCNP纳米颗粒清晰可见。该方法为强自发荧光、外源染色及浑浊等复杂环境（如活体成像典型场景）中的高对比度、高分辨率、高速多光子显微镜技术开辟了新途径。
作者： Alexey B. Kostyuk，Artem D. Vorotnov，Andrey V. Ivanov，Arthur B. Volovetskiy，Aleksandr V. Kruglov，Lyudmila M. Sencha，Liuen Liang，Evgenii L. Guryev，Vladimir A. Vodeneev，Sergey M. Deyev，Yiqing Lu，Andrei V. Zvyagin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

展示上转换纳米粒子（8T-UCNP）与激光扫描多光子显微镜联用技术在生物系统高分辨率、高对比度成像中的应用。

研究成果

研究表明，8T-UCNP纳米颗粒结合激光扫描多光子显微镜技术，能够实现对生物系统的高分辨率、高对比度成像。该方法适用于强自发荧光和浑浊环境下的成像，为先进的活体成像应用铺平了道路。

研究不足

该研究的局限性在于使用了特定类型的纳米粒子（8T-UCNP）以及需要专业设备（激光扫描多光子显微镜）。其对于其他类型纳米粒子或成像方式的可适用性尚未探索。

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