由于具备组织散射少、穿透深度深、时空分辨率高等许多优势，近年来近红外二区（NIR-Ⅱ，1000~1700 nm）荧光成像在生物成像领域取得了显著的进展。基于花菁染料的有机荧光分子，具有荧光量子产率高、吸光系数高、合成过程相对简单、生物相容性好等优势，其在NIR-Ⅱ的荧光特性使其成为一类极具研究价值的分子探针，在医学应用方面展现出巨大的潜力。首先简要介绍了花菁染料的基本特性，其次对最近开发的近红外二区花菁染料在多种疾病（如肿瘤、炎症性疾病和损伤）应用中的最新研究进展进行总结，最后对其未来的发展方向与前景进行了展望。

近红外二区（900~1 880 nm，the Second Near-Infrared Region，NIR-II）荧光宽场显微成像技术是当前大深度活体成像的一大研究热点，在基础研究和临床应用方面都拥有巨大的潜力。对比可见光（360~760 nm）和近红外一区（760~900 nm，the First Near-Infrared Region，NIR-I）的成像，NIR-II荧光宽场显微成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透。在NIR-II宏观成像基础上，对组织微结构清晰成像的需求迫使成像试剂持续发展，成像系统不断精进。目前，NIR-II荧光宽场显微成像技术在脉管显微造影、肿瘤精确分析、炎症准确追踪等生物应用上都获得一系列突破，相关研究对象包含啮齿类动物（如小鼠，大鼠）及灵长类动物（如狨猴，猕猴）等。将来随着仪器商业化和国产化突破，成像试剂安全性逐步提高，NIR-II荧光宽场显微成像应用价值将不断攀升。本文从NIR-II荧光成像的机制及优势展开讨论，综述NIR-II荧光宽场显微成像的系统特点和演进历史，以及其在不同生物模型上活体成像方面的最新探索和前景展望，以期推动NIR-II荧光宽场显微成像技术进一步普及。

传统光声成像外源对比剂的光吸收主要集中在可见光区和传统近红外区(NIR, 750~900 nm), 开发具有更高光学组织穿透能力的近红外二区(NIR-II, 1 000~1 700 nm)光吸收外源对比剂对活体深层组织光声成像具有重要意义。本文中, 作者选取了光吸收峰在1 000 nm左右的半导体型单壁碳纳米管为近红外二区光学吸收外源对比剂, 测试了其在近红外二区激光激发下能够产生较强的光声效应。进一步地, 作者通过将该纳米材料包埋在仿体组织的不同深度的位置, 获得了仿体组织的深层光声成像, 成像深度可达1.5 cm。试验结果表明, 具有近红外二区光吸收能力的半导体型单壁碳纳米管在活体深层组织光声成像中有很大的应用潜力。

提出了一种能够实现近红外区域(780~1100 nm)高反射的聚合物交替多层聚碳酸酯(PC)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 周期性光学薄膜的设计方案,验证了利用微纳层叠共挤设备制备特殊多层光学膜结构的可行性。利用遗传算法搜索出4个周期的最优布拉格中心波长,得出了最优膜的总厚度。仿真了4个周期叠加多层膜的光谱特性,讨论了入射角及厚度误差对多层膜近红外区域总反射率的影响。研究结果表明,所提方案满足对太阳光的隔热及内部智能采光的需求。

光热疗法由于其安全和高效的优点, 作为一种非破坏性方法在癌症治疗中有广泛的应用前景。光热疗法中, 所采用的纳米颗粒在近红外波段的光热转换效率取决于纳米颗粒的光谱吸收特性。采用时域有限差分法对球型、壳型、杆型、片型、笼型、星型和花型等七种不同金纳米颗粒的光谱吸收特性进行了仿真计算, 结果表明纳米颗粒的几何参数和结构对其光谱吸收效率和共振波长产生了显著的影响。通过对比七种金纳米颗粒的体积吸收系数, 发现金纳米片在近红外波段的光热转换效率优于其他六种金纳米颗粒。从电流密度矢量分布得出, 金纳米颗粒内部产生共振电流是导致金纳米颗粒在近红外波段具有明显的单色吸收特性的原因。

为了检验近红外制导炸弹的命中精度, 通常在实验室进行半实物仿真试验, 需要研究近红外目标仿真模型, 将其置入目标模拟器中, 由近红外导引头跟踪目标, 仿真制导炸弹识别、跟踪、击中目标的全过程。基于仿真建模原理、理论和方法, 研究了环境建模、地形地物建模、天空背景建模、海天背景建模、雨雪特效建模和近红外目标建模等技术, 建立了多种静态、动态仿真模型, 以及仿真模型的驱动程序, 实现动态、逼真地显示仿真模型, 用于近红外制导炸弹的半实物仿真试验。

通过对绿色植被近红外区反射光谱的系统分析，充分证明O-H决定植被在1450 nm和1940 nm附近的光谱特征，在此基础上，设计并制备了4种层间含O-H的新型光谱模拟材料Mg-Al-X-LDH (X为NO3-、Cl-、CO32-、SO42-)，并对其进行了X射线衍射、红外光谱、热重分析及拉曼光谱表征。依据光谱相关系数和光谱角度匹配模型计算，4种层状双金属氢氧化物（LDH）与植物叶片近红外反射光谱两种计算模型的相似度分别超过0.9600和0.9700；以Mg-Al-Cl-LDH为模拟材料，初步与聚氨酯复合，制备了与植被在近红外区光谱高度相似的涂层，两种计算模型的相似度分别达到0.9702和0.9924；Mg-Al-Cl-LDH在紫外可见光区的高度透明性，有利于各个波段光谱材料的复合；经180 ℃高温处理前后的Mg-Al-Cl-LDH，两种计算模型的相似度依然能达到0.9888和0.9959，说明Mg-Al-LDH有良好的热稳定性，不易失水。

A sensing system in the near infrared region has been developed for ammonia sensing based on the wavelength modulation spectroscopy (WMS) principle. The WMS is a rather sensitive technique for detecting atomic/molecular species, presenting the advantage that it can be used in the near-infrared region by using the optical telecommunications technology. In this technique, the laser wavelength and intensity were modulated by applying a sine wave signal through the injection current, which allowed the shift of the detection bandwidth to higher frequencies where laser intensity noise was typically lower. Two multi-pass cells based on free space light propagation with 160 cm and 16 cm of optical path length were used, allowing the redundancy operation and technology validation. This system used a diode laser with an emission wavelength at 1512.21 nm, where NH3 has a strong absorption line. The control of the NH3 gas sensing system, as well as acquisition, processing and data presentation was performed.

传统的BODIPY荧光染料具有荧光量子效率高、 摩尔消光系数大、 紫外吸收和荧光发射峰窄等优点, 然而这类荧光染料普遍存在荧光发射波长短和Stokes位移小的缺点, 因而限制了它们在体内生物传感及成像方面的广泛应用。 为了得到荧光发射波长较长和Stokes位移大的BODIPY荧光染料, 以BODIPY母核为基本结构, 通过在它的8位连接吸电子性质的酯基来增加分子内电荷转移程度, 同时在其3,5位引入供电子的芳香取代基增加分子的π共轭结构, 合成得到了一类8位酯基取代的新型BODIPY荧光染料。 所得到的新型BODIPY荧光染料的化学结构经过1H NMR, 13C NMR和HR-MS得以确认。 光谱测试结果表明, 这类染料的紫外吸收光谱(λabs=536 nm)和荧光发射光谱(λem=592 nm)与普通的BODIPY相比都发生显著红移(80 nm), 并且保持了较高的荧光量子效率(Ф=0.43)。 此外, 这类BODIPY荧光染料的紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱几乎完全分开, Stokes位移长达60 nm, 可以有效地避免自吸收和生物样品的背景干扰。 密度泛函理论计算结果表明, 这种相对较大的Stokes位移主要是由于染料分子在基态和激发态下不同的几何构型所造成的。 该类化合物的光物理性能受溶剂的影响小, 是一类性能优良的新型荧光染料。 细胞成像结果表明, 染料1具有良好的细胞渗透性和光稳定性, 可以实现对细胞的荧光成像。