荧光寿命显微成像（FLIM）已经广泛应用于生命科学研究领域，具有高灵敏和高特异性的特点，在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势，但由于成像速度相对较慢，限制了FLIM的活体应用。近年来，随着光电子器件和人工智能等技术的发展，开启了FLIM活体成像新篇章。介绍通过优化硬件和算法两方面提升时域和频域FLIM技术的成像速度，以及其在生物医学基础研究和临床疾病诊断中的应用研究进展。最后，对活体FLIM成像的未来发展进行展望。

Fluorescence imaging in the second near-infrared window (NIR-II, 900–1880nm) with less scattering background in biological tissues has been combined with the confocal microscopic system for achieving deep in vivo imaging with high spatial resolution. However, the traditional NIR-II fluorescence confocal microscope with separate excitation focus and detection pinhole makes it possess low confocal efficiency, as well as difficultly to adjust. Two types of upgraded NIR-II fluorescence confocal microscopes, sharing the same pinhole by excitation and emission focus, leading to higher confocal efficiency, are built in this work. One type is fiber-pinhole-based confocal microscope applicable to CW laser excitation. It is constructed for fluorescence intensity imaging with large depth, high stabilization and low cost, which could replace multiphoton fluorescence microscopy in some applications (e.g., cerebrovascular and hepatocellular imaging). The other type is air-pinhole-based confocal microscope applicable to femtosecond (fs) laser excitation. It can be employed not only for NIR-II fluorescence intensity imaging, but also for multi-channel fluorescence lifetime imaging to recognize different structures with similar fluorescence spectrum. Moreover, it can be facilely combined with multiphoton fluorescence microscopy. A single fs pulsed laser is utilized to achieve up-conversion (visible multiphoton fluorescence) and down-conversion (NIR-II one-photon fluorescence) excitation simultaneously, extending imaging spectral channels, and thus facilitates multi-structure and multi-functional observation.

自2001年被发明以来，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）迅速成长为近红外波段的明星光子探测器，其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%，暗计数率低于1 cps（counts per second），时间抖动优于10 ps，探测速率高于1 GHz，并广泛应用在量子信息领域。近年来，研究人员开始将SNSPD引入到生物领域，以替代在近红外波段具有低信噪比、多后脉冲的半导体单光子探测器。本文将介绍SNSPD的探测原理和性能指标，并系统地阐述SNSPD在生物领域中的应用现状和发展前景。

近年来, 三维荧光技术已经成为常用的化学分析技术, 但有些结构相近的荧光有机物的三维荧光光谱十分相似, 可能导致分析结果错误。 因此, 如何精准区分具有相似三维荧光光谱的有机物是十分重要且亟待解决的问题。 荧光量子产率和荧光寿命是荧光有机物两个重要的光学参数, 对于分子结构的差异更灵敏。 对吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的三维荧光光谱、 荧光量子产率和荧光寿命进行了研究。 结果表明, 它们的三维荧光光谱都出现两个荧光峰, 且荧光峰位置十分接近。 吲哚和L-色氨酸的荧光峰大致位于［激发波长, 发射波长］=［275, 340～350］和［220, 340～350］ nm附近, 3-甲基吲哚的荧光峰位于［激发波长, 发射波长］=［280, 365］和［225, 365］ nm附近。 在相同浓度下, 三种有机物在激发波长为275～280 nm处的最高荧光强度依次为: 吲哚>3-甲基吲哚>L-色氨酸。 利用绝对量子产率测量技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光量子产率分别约为0.264、 0.347和0.145; 利用时间相关单光子计数技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光寿命分别约为4.149、 7.896和2.715 ns。 研究表明, 荧光寿命和荧光量子产率能区分三维荧光光谱相似的荧光有机物, 研究结果在荧光有机物的准确识别上具有重要的价值。

通过高温固相烧结法制备出一系列Si掺杂的Bi_3.79Er_0.03Yb_0.18Ti_2.97W_0.03O₁₂∶xSi荧光体，探索其结构和上转换荧光性能。实验与测试结果表明，在不同气氛下制备的Bi_3.79Er_0.03Yb_0.18Ti_2.97W_0.03O₁₂∶xSi荧光体均为单一层状类钙钛矿结构的Bi₄Ti₃O₁₂相。Si在荧光体中以Si⁴⁺为主，说明即使在氩气氛围中，掺入的大部分Si也发生了氧化。Si掺杂增加了材料的致密性和表面平整度，同时减小了材料的光学带隙并增强了光吸收。在980 nm红外光激发下，所有样品的上转换发射光谱均显示以525 nm、545 nm和765 nm为中心的三个发射带，分别对应Er³⁺4f电子层内的电子跃迁。掺硅6%摩尔分数的样品的发光强度和荧光寿命约为未掺杂Si的样品2倍，表明Si掺杂可以明显提升稀土掺杂钛酸铋基荧光体的光致发光性能。

荧光寿命显微成像（FLIM）常用来检测活细胞内荧光基团的寿命信息，以实现微观定量分析。荧光共振能量转移（FRET）可用来表征能量从供体荧光分子到受体荧光分子的传递过程。将FLIM技术与FRET结合（FLIM-FRET），可以监测活细胞中蛋白质的相互作用、亚细胞器的动态过程等。构建了以细胞膜上转染的绿色荧光蛋白（sfGFP）为供体、以阿霉素（DOX）为受体的FRET纳米体系，利用双光子激发荧光寿命显微成像（TP-FLIM）系统，通过监测FRET纳米体系中供体荧光寿命的变化，研究了药物DOX在细胞中的递送机制和运输效率。此外，进一步采用四种内吞途径抑制剂，对纳米药物的内吞途径进行了评估。结果证明，牛血清白蛋白（BSA）包裹的DOX（BSA-DOX）纳米颗粒通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。揭示了BSA-DOX纳米颗粒通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞的动态过程。研究表明，FLIM-FRET技术结合定量分析方法可用于区分小分子药物和纳米颗粒与细胞作用的异同。

采用高温固相法制备了一系列新型Sr7-xSb2O12∶xDy3+(x=0~0.35)(摩尔分数)荧光粉, 并研究了Sr7-xSb2O12∶xDy3+的物相结构、发光性能、热稳定性以及荧光寿命。在350 nm光激发下, Sr7-xSb2O12∶xDy3+可以检测到中心波长在482 nm处的蓝光发射带和中心波长在576 nm处的黄光发射带, 当x=0.056时, Dy3+浓度猝灭, Sr6.944Sb2O12∶0.056Dy3+ CIE色坐标为(0.340 8, 0.349 3), 猝灭机理归因于电偶极-电偶极相互作用。当x=0.14时, 该荧光粉可以发出色坐标为(0.310 9, 0.314 0)的白光。此外, Sr7-xSb2O12∶xDy3+在453 K的发光强度大约为室温下发光强度的83.3%, 表现出良好的热稳定性。综合以上研究结果表明, Sr7-xSb2O12∶xDy3+有望用于紫外光激发的白光发光二极管器件中。