1937年，德国化学家奥托·拜耳博士发明了我们称之为聚氨酯的多功能塑料。聚氨酯是通过多元醇与异氰酸酯反应生成的，必要时还可使用适当的催化剂和添加剂。

由于多种异氰酸酯和多种多元醇均可用于生产聚氨酯，因此可以生产出多种形式的聚氨酯材料来满足不同应用的特定要求，如：硬质泡沫、软质泡沫、弹性体、胶粘剂、涂料、密封胶。目前，聚氨酯制品已广泛应用于家居、建筑、日用品、交通、家电等领域。

在不同类型的聚氨酯生产过程中，均需要通过检测某些参数来保证成品质量，如：多元醇的羟值、酸值、颜色、水分含量，异氰酸酯的NCO 含量、水分含量，聚氨酯的 NCO 含量、水分含量、酸值。

使用传统分析技术测定上述参数是一个漫长且具有挑战性的过程，因为测定这些参数需要使用多种不同的分析技术，不仅需要消耗大量的时间来分析样品，还需要花费时间进行仪器管理和维护。

毫无疑问，在生产过程中进行更加严格的质量保证和质量控制是一种必然趋势，这种趋势同时还伴随着对低成本、高效率分析方法的更加关注。近红外光谱作为聚氨酯行业公认的快速可靠的质量控制方法，一分钟内即可同时测定多个参数，且无需样品前处理或使用任何化学品，即使是非专业人员，也可轻松操作。

瑞士万通在聚氨酯分析方面拥有丰富的专业知识，并为此提供了解决方案——DS2500 近红外光谱分析仪（固/液两种版本），可用于快速测定多元醇、异氰酸酯和聚氨酯的多个质量参数。

对于多元醇的羟值和异氰酸酯的 NCO 含量测定，瑞士万通还可提供现成的预校准模型，开箱即用，免去了从零开发模型的困难，让您从开机第 一天就充分发挥生产力。

瑞士万通 DS2500 近红外光谱分析仪可为聚氨酯生产过程中的各个阶段保驾护航，不仅省时省力，而且绿色环保，更可为您节省高达90%的运行成本。

以多元醇的羟值测定为例，比较传统分析方法（滴定）和近红外光谱法的运行成本：

对质量控制过程的低估是导致内外部产品不合格的主要因素之一，据报道，这会导致10-30%的营业额损失。由于传统分析方法存在的诸多弊端，越来越多的企业开始选择在其质量控制过程中使用近红外光谱作为一种快速高效的替代方法。

背景介绍

传统的荧光（Fluorescence）组织成像，是将成像组织置放于不断发射特定波长的光源照射下进行。受同一个光源照射影响，周围的组织自体同样会产生荧光，称为背景荧光。背景荧光的存在将使得信噪比下降，不利于对目标组织进行成像。因而近几年，科研工作者开始寻求一种新的发光成像——余辉发光（Persistent luminescence）。

余辉发光是物体在照射光源并撤去光源后，持续发光的现象。因为发光时不再接受光源照射，因而在应用于组织成像时，能够减少自体荧光背景的影响，提高信噪比（图1）。

图1 荧光和余辉发光的原理对比图（蓝色箭头为激发光；绿色箭头为散射光；红色箭头为发射光；褐色箭头为背景荧光。强度可参考箭头粗细）

尽管余辉发光有如此明显的优势，目前涉及的材料仍有以下几个问题：1、材料主要为大型晶体，涉及高温的合成环境并缺乏纳米结构和表面性质上的可调性；2、材料成像多为可见光和NIR-I，成像深度有限；3、激发材料发光的波长多为可见光或紫外，能量低，不利于材料能量富集；4、一些可富集高能量的由X光激发的材料所发射的波长在可见光和NIR-I范围内，成像深度同样有限。

材料研发

针对以上问题，Peng Pei等人通过在NaGdF4、NaGdF4纳米粒子中加入镧系元素掺杂剂，成功合成出了X光激活的余辉发光纳米粒子（Persistent luminescence nanoparticles，PLNPs）。通过调整加入的元素种类，使得PLNPs具有可调谐性，且均在NIR-II波段内（图2）。

图2 通过掺入不同的稀土元素（Er、Tm、Ho、Nd）调整纳米粒子在NIR-II波长段的发射波长

材料优化

文章中涉及的主体材料有NaYF4、NaGdF4 两种，因而可优化的方向较多。作者首先将作为主体的NaGdF4、NaGdF4 同时应用于一个纳米粒子中，形成壳核结构。之后对纳米粒子的掺杂剂浓度、核体积、壳厚度、结晶相（Crystalline phase）、主体基质（Host matrix）等性质进行的考察。其中对于主体基质，作者发现壳核使用同一种主体材料（NaYF4或NaGdF4）将获得更高的纳米粒子发光强度。这可能是由于同一种主体材料原子大小相同，使得晶体的缺陷（Defect）更少。

体内成像

优化后的Er-PLNPs进行了小鼠的腹部血管成像和输尿管成像测试。在腹部血管成像测试中，相对于荧光成像，余辉发光成像获得了更高的肿瘤/正常组织亮度比（T/N ratio），尤其在注射后的5 min时，可达到荧光成像信噪比的3.7倍。而在输尿管成像测试中，作者在小鼠肾盂部位注射后，肾盂、输尿管和膀胱都能够在NIR-II成像中观察到，其T/N比相对于荧光成像达到了4.1倍。

图3 余辉发光纳米粒子（上）与荧光纳米粒子（下）分别在注射后 5、10、20 min 得到的NIR-II成像

图4 余辉发光纳米粒子（红）与荧光纳米粒子（蓝）注射后的肿瘤与正常组织信号强度比（T/N ratio）

小结

凭借可调谐的NIR-II成像波长、高信噪比、高分辨率、低细胞毒性等特点，Peng Pei等人的成果大大拓展了现有X光激发的余辉发光材料的种类和应用场景。但同时，发光效率仍有待提高，降低用于激发的X光剂量使其达到安全门槛也是今后拓展研究的重要方向。

参考文献

[1] Pei, P., Chen, Y., Sun, C. et al. X-ray-activated persistent luminescence nanomaterials for NIR-II imaging. Nat. Nanotechnol. 16, 1011–1018 (2021).

锘海 SWIR 1.0 近红外二区活体荧光成像系统采用低噪声和高灵敏度的进口InGaAs 红外探测器，结合动物气体麻醉装置及便捷的操作界面，实现实时荧光信号成像。通过镜头切换，可分别完成宽场和局部放大成像，具有非常高的荧光信号采集能力。高帧频不仅可以实现单幅图片采集，更可以完成视频拍摄，帮助您捕获整个实验过程。

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简介：

       海尔欣科技推出新一代激光器驱动器DFB-2000，多种开箱即用的功能可以帮助用户快速搭建系统光源，实现精密的光学测量。本篇将介绍DFB-2000核心性能参数的测试结果。

• 集成低噪声的电流源和高稳定的TEC温度控制器

• 自带14pin蝶形安装座，更好的便携性和机械稳定性

• 全新的彩色触摸屏，便于激光器工作参数的观察和设置

• 多层级的保护措施确保激光器的安全，延长激光器的使用寿命

技术参数：

l 电流噪声密度：

       电流噪声密度是表征驱动器电流源噪音水平的核心指标。对于低噪声的电流源而言，电流的波动比实际电流要小10000甚至100000倍以上。为了测试如此微小的电流波动，我们搭建了图1所示的电路。

图1.电流噪声密度测试电路示意图

       DFB-2000输出的电流I经过精密电阻R后转换为电压信号Vin，并由增益为G的放大电路放大后输入频谱仪，图2给出了频谱仪测试的结果。图中黄色信号为频谱仪本底频谱响应曲线，绿色信号是放大器（输入端短接）连接频谱仪时的频谱响应曲线，当DFB-2000输出电流后频谱响应为蓝色信号。根据功率噪声密度计算公式以及电路传输特性，可以计算得到电流噪声密度约为2.9 nA√Hz，这与进口驱动器的噪声水平相当。

图2.DFB-2000频谱噪声测试

l 控温稳定性：

       激光器工作温度的变化会导致输出波长的不稳定, 因此精确稳定地控制激光器工作温度至关重要。为了评估DFB-2000的控温性能，在室温条件下，将激光器工作温度设定在0℃，记录24小时内的温度变化，如图3所示。可以看出DFB-2000的温度控制精度在±0.005℃以内，长期温度稳定性优于0.01℃。由于0℃与环境温度相差较大，因此可以预期当激光器工作温度接近室温时，可以现实更优的长期温度稳定性。

图3.激光器工作温度在24小时内的变化

l 电流漂移：

       在典型的应用环境中，一天之内的温度波动往往会超过几摄氏度。如果驱动器达不到要求，微小的温度变化可能意味着激光器的电流会发生显著变化。下图展示了利用DFB-2000驱动的激光器工作在0℃时工作电流的漂移。在24小时内，测试环境的温度变化超过3℃，激光器电流的zui大漂移为37 µA。

图4.DFB-2000输出电流24小时的漂移

l 3dB带宽：

       小信号调制时的3dB带宽是衡量驱动器带宽响应特性的关键参数。下图给出了带宽响应测试的电路图。

图5. DFB-2000带宽响应测试电路示意图

       函数发生器生成的正弦信号Vin通过模拟调制端口输入DFB-2000，电流I经过精密电阻R，测量R两端电压信号Vout，利用公式20log(Vout/Vin)计算得到带宽，如图6所示。在100kHz调制频率以内，驱动器的增益平坦度小于-3dB，因此能够满足绝大多数基于波长调制技术的TDLAS系统的需求。

图6. DFB-2000带宽响应特性

l 电流软钳制：

       DFB-2000集成了多重措施保护激光器的安全，如ZD电流软钳制、输出缓启动、过压欠压保护、超温保护、继电器短路输出保护等。其中ZD电流软钳制功能可以快速实现电流的钳位，有效规避异常情况下大电流对激光器造成的损伤。

       用户在使用ZD电流软钳制功能时，首先要根据激光器参数设置对应的ZD工作电流，当激光器实际电流高于该电流时，DFB-2000会确保电流处于限流值。电流软钳制的测试电路与3dB带宽测试相同。图7（b）显示了ZD电流软钳制的实际效果，可以明显的看到，当精密电阻R两端电压（红色信号）超过阈值时，会被固定在该阈值电压上。图中调制信号（蓝色三角波）幅度为1.54V，当激光器工作电流为200mA，设置的ZD工作电流为250mA时，测试得到钳制电压为2.42V（DFB-2000模拟调制系数为100mA/V±5%），对应钳制电流为242mA，与实际设定值一致。

图7.（a）电流工作在ZD钳制电流以下（b）ZD电流软钳制的实际测试效果

近日，浙江工业大学药学院杨根生教授团队吴丹君老师等人在ACS（美国化学会）期刊《Applied Materials & Interfaces》上发表题为A Near-Infrared Laser-Triggered Size-Shrinkable Nanosystem with In Situ Drug Release for Deep Tumor Penetration文章。

本文报道了一种初始粒径为101 nm的可收缩纳米复合材料——这种材料到达肿瘤区域后，在近红外（NIR）激光照射下发生解离，释放出化疗药物DOX并进入肿瘤内部。该纳米复合材料由嵌段共聚物封装金纳米棒与DOX而形成。在近红外激光照射肿瘤部位时，金纳米棒可以将光能转化为热能，实现对肿瘤浅表组织的光热消融；与此同时，嵌段共聚物分解为一个个超小的胶粒（~7 nm），这些超小胶粒进入肿瘤内部后，在原位释放出DOX，以实现对肿瘤的光热-化疗药物联合治 疗。

其中，纳米复合材料在小鼠体内的生物分布通过荧光成像进行了研究，荧光成像实验在多功能活体成像系统——VILBER Fusion FX7上完成。

VILBER Fusion FX7多功能成像系统

产品特点：

· 采用新一代深度制冷的CCD相机，暗电流0.0001e/p/s@-90℃, 制冷速度更快且寿命更长；

· F0.7超级镜头，大大提高了单位时间内的进光量，从而有效缩短曝光时间，尤其适用于Luc报告基因检测的生物发光成像；

· 荧光成像采用脉冲LED光源，7通道，激发强度比卤素灯更高。基于扫描方式，激发均一性≥99%；

· 全自动控制7位发射滤光片轮，搭载6个专用窄波滤光片，涵盖400~900nm，满足多种染料的检测需求；

· 配备小鼠专用恒温台兼容小鼠麻醉系统，通量可达5只小鼠。

应用范围：

·小动物成像：基于生物发光或荧光的肿瘤发育、药物代谢、细胞迁移追踪、纳米材料研究等；

· 植物成像：LUC 或GFP、RFP等报告基因检测，转基因鉴定、基因互作、微生物侵染、植物发育、植物生物节律等；

· 化学发光 & 荧光Western blot，Northern blot或Southern blot；

· 免染胶，银染&考染蛋白胶，SSCP胶，培养皿（细胞或菌落），微孔板，蛋白芯片或其他基于荧光或化学发光的样品。

荧光引导癌症光疗，主要包括荧光成像（FLI），光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT），因其具有非侵入性和高效性，近年来逐渐成为研究肿瘤治 疗的重要手段。但有时单一模式的治 疗具有局限性，若能实现能量的高效分配，结合PTT和PDT两种疗法，势必会为病灶的完全消除增加保障。聚集体科学为肿瘤多模式的联合治 疗提供了新的思路。聚集体可以表现出与其单个分子不同的特性，其能量耗散途径更加多元，这为构建多功能“一体式”光疗剂及实现肿瘤的临床治 疗具有重大意义。

最近，唐本忠院士课题组与南方科技大学李凯教授课题组合作，设计了一个兼具近红外发光、高荧光量子产率、高光热转换效率和活性氧产生效率的多功能诊疗平台。该研究报道的纳米聚集体能够高效利用能量，通过有效的能量耗散调节，在小鼠肿瘤部位显示明亮的荧光，同时表现出良好的光动力和光热治 疗 效果，并最 终完全消除肿瘤（图1）。这项工作对合理设计和构建具有高能量耗散利用率的“一体式”近红外光疗聚集体用于肿瘤的诊断和治 疗具有重要意义。相关工作以“Design of One-for-All Near-Infrared Aggregation-Induced Emission Nanoaggregates for Boosting Theranostic Efficacy”为题发表在ACS Nano上。

图1. TPA-TBT纳米聚集体的设计和应用示意图

分子设计与合成

研究者通过调节不同的供电子基团，并通过烷基链取代的噻吩连接吸电子基团TBT，构建了两个具有明显聚集诱导发光（AIE）性质的分子TPE-TBT和TPA-TBT。其中TBT核具有强吸电子能力和化学稳定性，且其具有烷基侧链，可使分子具有扭曲构象，避免了分子间π-π堆叠。随后，研究者以甲氧基TPE和TPA基团为供电子和转子单元，以烷基化噻吩为π桥，赋予分子扭曲主链以获得更好的AIE特性和增强的溶解度（图 2）。

图２.TPE-TBT和TPA-TBT的合成路径以及优化的计算模拟几何结构和前沿分子轨道

光物理、光动力和光热特性TPE-TBT和TPA-TBT均具有近红外区域的吸收和发射，并且两个分子都显示明显的AIE性质。TPE-TBT表现出非常活跃的辐射跃迁，因而荧光量子产率很高，但其非辐射跃迁的能量却很有限，不利于在光热和光动力治 疗方面的应用；TPA-TBT的吸收光谱和发射光谱的红移更大，并且由于其强烈的电荷转移效应和扭曲构象，它的斯托克斯位移达到了210 nm，能够有效提高成像分辨率。制备的TPA-TBT纳米聚集体表现出明亮的荧光，显著的光热转换效率和活性氧生成效率（图３）。这些特性允许其在辐射和非辐射能量耗散之间取得平衡，使得PLI/PTT/PDT协同诊断和治 疗成为可能。并且，上述所有功能均集成在TPA-TBT纳米聚集体，避免了多组分纳米粒子的繁琐制备和复杂性，具有低成本、易制备以及高简便性的优势。

图3. TPA-TBT和TPE-TBT及其纳米聚集体的光物理、光热和光动力特性

纳米聚集体的诊疗 效果TPA-TBT纳米聚集体表现出较低的暗毒性和剂量依赖的光毒性，可以产生活性氧与光热协同杀灭癌细胞。研究者通过巧妙的实验设计，在细胞层面区分了光热疗 效和光动力疗 效，证明了TPA-TBT纳米聚集体同时具有两种治 疗 效果。且集成PTT和PDT两种方式的实际治 疗 效果会远高于仅使用其中一种。通过小鼠实验，研究者证实了所述TPA-TBT纳米聚集体可以进行肿瘤部位成像，并且在有效消除肿瘤的同时，对生物其他部位具有良好的生物相容性（图４）。此研究报道的“一体式”光疗平台实现了荧光引导的PDT和PTT对肿瘤的协同诊疗，拓宽了多功能聚集体的设计和构建思路，并促进了成像引导、多模态治 疗领域的进一步发展。

图4. TPA-TBT纳米聚集体体内抗 癌效果以及肿瘤组织的染色分析

以上研究成果近期发表在 ACS nan0（https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10661）上。其中材料设计与表征由香港科技大学谢会琳博士完成，生物实验则主要由南方科技大学毕震宇同学完成；唐本忠院士（现为香港中文大学（深圳）理工学院院长），南方科技大学李凯教授和香港科技大学郭子健助理教授为本文通讯作者。

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