荧光成像跨越深部壁垒：新探针捕获0.5毫米肿瘤，开启精准手术导航新时代

荧光成像跨越深部壁垒：新探针捕获0.5毫米肿瘤，开启精准手术导航新时代
基于NIR-IIb窗口的荧光成像系统实现毫米级病灶实时定位，手术切除将迎“零残留”曙光

2026年6月10日，深圳——中国科学院深圳先进技术研究院（SIAT）今日宣布，由该院生物医学与健康工程研究所团队主导的一项研究，在国际顶级学术期刊《自然·生物医学工程》上正式发表。该研究成功开发出一种超亮、生物相容性优异的近红外二区b波段（NIR-IIb，1500–1700纳米）荧光成像探针，并配套研制了高灵敏度成像系统。实验数据显示，这一全新的荧光成像方案能够在活体深层组织中，清晰识别直径仅为0.5毫米的微小肿瘤，信噪比较传统荧光成像手段提升逾20倍。业界普遍认为，这一突破将彻底改变肿瘤切除手术的导航范式，使“术中无残留”从理想走向现实。

不可替代的荧光成像，长期受困于深度与分辨率的权衡

荧光成像技术凭借无电离辐射、实时响应、高灵敏度和分子特异性等优势，已被广泛应用于基础生物研究、药物筛选和临床诊断。尤其是在肿瘤外科中，基于荧光成像的手术导航能够帮助医生直观区分癌变组织与正常组织边界，显著降低术后复发风险。然而，目前临床获批的荧光成像造影剂，如吲哚菁绿（ICG），其发射波长主要位于近红外一区（NIR-I，700–900纳米）。在这一波段内，生物组织对光子产生强烈的散射，同时组织自发荧光背景高，导致空间分辨率随成像深度的增加呈指数级衰减。对于深部、微小或弥漫性病灶，传统的荧光成像往往无法提供足够清晰的边界信息，外科医生在切除过程中仍不得不依赖肉眼和触诊，难以做到100%的精准清除。

“荧光成像向更长波长迁移，是穿透深度与空间分辨率实现根本性突破的关键。”论文通讯作者、SIAT生物医学与健康工程研究所李明辉教授解释，“NIR-IIb窗口的光子散射几乎降至生物组织的最低值，且组织自发荧光近乎为零。然而，长期以来，在该窗口内开发既明亮又稳定的生物相容性探针，是整个荧光成像领域悬而未决的难题。”

从探针到系统，全链创新突破毫米级成像极限

李教授团队此次公布的核心成果，是一种基于钕离子（Nd³⁺）掺杂的稀土核壳纳米荧光成像探针。通过精确设计纳米颗粒的核壳晶体结构，并引入惰性保护层与表面亲水修饰，研究团队将探针的荧光量子产率提升至42%，发射峰精准锁定在1550纳米。更为关键的是，该探针在血清环境中表现出极高的光学稳定性和化学惰性，有效避免了传统量子点可能带来的重金属泄露风险，确保了其在活体荧光成像应用中的安全性。

与探针相配套，团队自主开发了一套多角度激发、共聚焦检测的NIR-IIb荧光成像系统。该系统采用高灵敏度InGaAs焦平面阵列探测器，结合计算散射补偿算法，能够对深达1.2厘米组织下的荧光信号进行实时三维重建。在荷原位脑胶质瘤的小鼠模型实验中，借助这一新型荧光成像体系，研究人员成功观测到了直径仅0.5毫米的肿瘤微灶，其边界勾勒与后续组织切片染色结果高度吻合（Dice相似系数＞0.95）。在另一组胰腺癌原位模型实验中，该荧光成像技术精准定位了传统磁共振成像和术中超声均未能发现的微小腹膜转移灶。

“这相当于在手术室中，为医生配备了一双能够穿透组织、直接‘看见’每一个癌细胞的‘光子眼’。”论文第一作者张婷博士在成果发布会上表示，“过去，0.5毫米级别的残留肿瘤只能依赖术后病理反馈，但那时已无法进行即时干预。我们的荧光成像系统第一次为术中实时发现并清除这类微小病灶提供了可能。”

从实验室到手术室，产业化路径清晰可期

该荧光成像方案并非仅仅停留在动物实验阶段。研究团队已同步开展大动物实验，并在猪的肝脏和肺部肿瘤模型中验证了成像深度的可平移性和探针的代谢安全性。结果显示，该探针通过肝胆系统代谢，半衰期约为4.5小时，72小时内基本排出体外，未见明显器官毒性。这一结果为后续临床试验申请奠定了坚实基础。

据悉，SIAT已经与国内领先的医疗器械企业达成战略合作，计划在2027年启动首个人体临床试验，适应症将首先聚焦于胶质瘤和肝转移瘤的术中荧光成像导航。合作方、深圳精锋医疗科技有限公司首席技术官王志峰在发布会上表示：“我们正在基于这一发现，开发集白光、超声与NIR-IIb荧光成像于一体的多模手术机器人。荧光成像模块的小型化和实时配准算法的工程化已经完成，一旦临床数据获得验证，我们将快速推动产品注册。”

行业分析机构 Frost & Sullivan 在2025年发布的一份报告中指出，全球荧光成像手术导航市场预计将在2028年达到82亿美元，年复合增长率高达14.7%。其中，能够实现深部微小病灶检出与边界描绘的第二代荧光成像技术，被视为决定市场竞争格局的核心变量。此次中科院团队的成果，无疑占据了这一技术制高点。

国际赞誉与未来展望：荧光成像的新边界

该研究一经发表，迅速引起国际学术界的广泛关注。哈佛医学院布里格姆妇女医院荧光成像导航实验室主任 Michael Thompson 教授在同期刊发的评论文章中指出：“这项工作标志着活体荧光成像在综合性能上的一个巨大飞跃。将高亮度NIR-IIb探针与智能散射补偿成像结合，不仅解决了深度问题，更为荧光成像首次赋予了在肿瘤手术中进行毫米级‘微观清扫’的能力。这极有可能改写胶质瘤、胰腺癌等高致死率肿瘤的手术标准。”

展望未来，李明辉教授团队透露，他们正在将这一荧光成像平台与人工智能驱动的肿瘤边界自动识别模型相融合。通过深度学习网络对荧光图像进行实时语义分割，系统能够以色彩编码的方式在手术监视器上直接投影出肿瘤浸润风险等级地图，而非仅仅显示原始荧光信号。同时，团队也在探索将该荧光成像探针与靶向多种肿瘤标志物的多特异性配体偶联，以期实现更为精准的泛癌种检测。

“我们的终极目标，是建立一套基于荧光成像的‘光学活检’体系，使得外科医生在切除每一刀之前，都能即时获得分子级别的病理信息。”李明辉教授语气坚定，“当荧光成像的分辨率和深度不再受限，精准手术的定义将被重新书写。”