人眼的感知光谱范围为什么不包含近红外?

在一些生物光学成像中，为了使特定器官或组织形成能够分辨的图像，往往会使用造影剂（Contrast Agent）。然而一般的造影剂在病灶部位聚集相对较少，反而在网状内皮系统（Reticuloendothelial System，RES，如肝脏、脾等）大量聚集，使成像存在较高的背景噪音，成像效果大打折扣甚至会影响诊断的结果。通过纳米粒子的高渗透长滞留效应（Enhanced Permeability and Retention，EPR）和体内组装虽然能够一定程度上提升造影剂在肿瘤、炎症部位的聚集，但网状内皮系统中的浓度仍然较高。

  在此背景下，Zhao等人创新性地使用镧系元素上转移纳米粒子与近红外二区（NIR-II）纳米探针两者在体内的可控组装与分解，在提高信噪比的同时，延长了其在肿瘤部位的滞留时间。为手术的实时成像提供更为清晰、可靠的方案。    该造影剂由两部分组成：1、β-环糊精（β-CD）修饰的下转移纳米探针（DCNP@β-CD），能够在808 nm的近红外激发光照射下，产生1060 nm的近红外二区（NIR-II）荧光，进行生物成像；2、偶氮苯修饰的镧系上转移纳米粒子（UCNP@Azo），能够在980 nm的近红外激发光照射下，产生365 nm的紫外发射光，使得修饰的偶氮苯发生异构化，由较为稳定的反式（trans-isomer）转变为能量较高的顺式（cis-isomer）。当UCNP@Azo 以反式存在时，能够与DCNP@β-CD组装，形成平均粒径达485 nm的纳米簇；而当UCNP@Azo 以顺式存在时，无法与DCNP@β-CD形成稳定结合，荧光强度大大降低。
  

图1：UCNP@Azo与DCNP@β-CD的组装（左）与分解（右）示意图

 在实际使用过程中，作者发现相对于将UCNP@Azo与DCNP@β-CD同时注射，先注射UCNP@Azo，过一段时间后再注射DCNP@β-CD得到的荧光强度更高。做系统性对比后得出结论，间隔时间为10 h时，荧光强度达到ZD。
 

同时，可以对作为背景的器官以980 nm的红外光进行照射，降低该器官内的荧光强度，从而提高信噪比。在文章中，作者也对何时照射980 nm近红外光进行了考察。以注射第二种制剂（DCNP@β-CD）为时间原点，在固定两种制剂的注射间隔为10 h后，分别在不同时间点，甚至多个时间点和注射间隔期内进行980 nm的红外光照射，发现在注射DY剂（UCNP@Azo）后9 h时进行照射，将大幅度提高信噪比。

图3：UCNP@Azo与DCNP@β-CD实际操作方式：注射UCNP@Azo、注射DCNP@β-CD并用980 nm近红外光对作为背景的器官或组织进行照射、用808 nm近红外光成像

图4：以注射第二种制剂（DCNP@β-CD）为时间原点，在固定两种制剂的注射间隔为10 h后，于不同时间点进行980 nm近红外光照射得到的背景强度对比

  在文章的ZH，作者也描述了两种成分的组合将延长在机体内的滞留时间，使得能够进行手术的高信噪比窗口达到了6 h。这无疑为手术成像提供了更多潜力，相信在不久的将来，这项技术能够用于增强生物成像、ZL或其他需要在肿瘤部位聚集大量造影剂的应用领域。  参考文献：[1] Zhao M, Li B, Wang P, et al. Supramolecularly Engineered NIR‐II and Upconversion Nanoparticles In Vivo Assembly and Disassembly to Improve Bioimaging[J]. Advanced Materials, 2018, 30(52):1804982.  
  

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       面对日益严峻的环境污染，尤其是大气污染，关乎着民生的范畴。如何综合治理大气污染迫在眉睫；治理是行动目标，检测是行动的前提，如何GX便捷的检测烟气就显得尤为重要。目今各大仪器厂商争相发挥着各自的潜能，在环保烟气分析仪这一领域开疆拓土，以确保有利的市场份额。

       烟气分析仪近年来炙手可热，随着诸多国家环保政策（例如《大气污染FZ行动计划》、《“十三五”挥发性有机物污染FZ工作方案》）的相继印发，相关超低排放标准（烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度（基准含氧量6%）分别不超过5 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³，比《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中规定的燃煤锅炉ZD地区特别排放限值分别下降75%、30%和50%，是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。）的出台，烟气排放污染物的浓度标准越来越严格，同时伴随着国民的环保意识的增强，这一系列都促使着烟气分析仪这块市场前景的光明，如何抢占这块大的肥肉，就要从烟气分析仪的技术来着手。

       烟气分析仪通常有三种工作原理，diyi种是电化学法，第二种是紫外差分光谱法，也即DOAS法，Z后一种就是我们今天ZD要说的非分散红外法（NDIR）。先来介绍下前两者烟气方法的工作原理。

1.电化学法

       将待测气体经过除尘、去湿后进入传感器室，经由渗透膜进入电解槽，使在电解液中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解，根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。

2.DOAS法

       将紫外光照射到由二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳等异原子组成的气体分子时，它固有的振动和旋转的能级产生跃迁，并且会吸收特定波长的紫外光。差分吸收光谱法（DOAS）是吸收光谱的一种新型的数据处理方法，它将气体的吸收光谱分解为快变和慢变两个部分，然后利用快变部分进行计算分析来确定被测气体的浓度。通常情况下气体吸收光谱快变部分与气体分子的结构和所组成的元素有关，是气体分子吸收光谱的特征部分，且各不相同，因此差分吸收光谱法可有效消除其他气体成分的干扰，从而使得监测的灵敏度和分辨率提高，分析气体的种类也会更多。

       介绍完了前两种方法，我们进入今天的正题，红外烟气分析仪。红外烟气分析仪，顾名思义，从名称上就知道肯定和红外有一定的关系，不错，其正是采用的非分散红外法（NDIR），那么什么是NDIR了？

       非分散红外法是利用物质能吸收特定波长的红外辐射而产生热效应变化,将这种变化转化为可测量的电流信号,以此测定该物质的含量。操作简单、快速。常用于分析对红外辐射有较强吸收的气态物质,如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氨等。测定空气中一氧化碳、水中总有机碳的非分散红外法被列入国家标准分析方法。此方法要运用到朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，