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更精準地實現人體器官和病灶部位無損害可視化，一直是人們追求的目標。
5月10日，在復旦大學慶祝建校118周年系列學術報告中，復旦大學化學系教授、上海市生物醫學檢測試劑工程中心主任張凡以《透視人體健康的新技術——近紅外光化學探針用于生物醫學診斷》為題，分享了自己深耕多年的近紅外熒光分子“探針”研究，結合近紅外光學成像儀器，該技術可隔著皮膚和肌肉監測體內活動，有望為疾病診斷提供新路徑。
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張凡在作報告。戚心茹攝
發光“探針”為手術精準導航
人們很早就有“洞見”自己的需求，夢想能發明一種無創技術，實現對人體健康的可視化監控。
1895年，德國物理學家倫琴發現X射線，開創醫學影像技術的先河，目前我們常用的醫學影像檢查技術，如CT（電子計算機斷層掃描）就與此有關。然而，如何實現無輻射、實時動態的活體成像技術一直存在巨大挑戰。
研究人員逐漸發現，活體熒光成像技術，相較于已有的CT、MRI（磁共振成像）、PET（正電子發射型計算機斷層顯像）等，具有無輻射、高時間和空間分辨率、高特異性等檢測優勢，能夠為精準手術導航技術領域提供較好的應用前景。
在對醫學檢測方法的優化探索中，張凡團隊開發了一種新技術，就像打開一扇觀察人體內部的窗口——只需靜脈注射會發光的近紅外熒光分子“探針”，即可自動定位到某個器官、腫瘤或是血管，再通過對人體沒有傷害的光學成像儀器，就能隔著皮膚和肌肉組織直觀清晰觀察到腸道的蠕動、腫瘤的邊緣、細胞的游走等
“而且，我們看到的不是靜態‘照片’，是動態的‘視頻’。”張凡說。
從自然中尋找答案
“活體熒光成像技術也還有許多問題亟待解決。”張凡說，“熒光雖然沒有輻射，可以很快實施動態監測，但是其組織穿透深度較淺一直以來都是限制其應用的關鍵科學問題。”
此前，光學成像多使用可見光區（400納米至700納米）和近紅外一區（700納米至900 納米）的熒光，但由于這一波段在生物組織中具有較高的吸收和散射，其在活體深組織檢測中的應用大大受限。張凡團隊專注于在近紅外二區窗口（1000納米至1700 納米）內探索活體深組織成像窗口，并且根據獲得的最優窗口開發對應的長波熒光探針和成像儀器。
到目前為止，張凡團隊累計開發了30余種系列近紅外二區有機小分子探針，相關熒光成像設備和探針試劑已實現應用轉化，在多家科研機構和醫院用于基礎研究和臨床前研究。已經成功獲取了生物體內部多個待測物的動態監測。
隨著研究進一步深入，研究人員發現，熒光成像往往是利用外部激發光源實時激發熒光探針來獲取信號，這就不可避免地會產生生物組織背景熒光，從而影響成像的分辨率和信噪比。
如何尋找優化之法？在張凡看來，最好的答案就在自然里。自然界能自主發光的生物很多，比如魷魚、水母、螢火蟲等。
“與其受背景熒光干擾，不如嘗試將其本身的熒光運用起來。前面提到的‘探針’對人體來說都是‘外來的’，注射到體內后容易被代謝，而如果可以實現近紅外生物發光成像就可以更好的實現無激發的高信噪比原位成像追蹤。”張凡說。
創新在學科交叉處
思路的轉變拓展了張凡的研究視野。他發現除生物醫學，近紅外熒光分子“探針”還能做很多事兒，比如監測微塑料污染。
微塑料是指直徑小于5微米的塑料。張凡認為，長期以來由于分析方法的限制，人類大大低估了微塑料暴露的影響，并且對于微塑料在人體內體液和組織的影響的研究仍然非常粗淺。事實上，直徑小于2微米的小尺寸微塑料，就可以穿越細胞膜，并在臟器和腦部富集，極有可能引起氧化應激、炎癥以及DNA損傷，是人類健康的嚴重威脅。
人們認為微塑料的影響只是通過由海洋到人類的食物鏈傳播，其實不然。根據最新研究成果，微塑料會隨著大氣遠程傳播，并在淡水環境及陸地上沉積，比如美國西部地區每年就會有120噸微塑料會由大氣沉積到陸地。
“微塑料比人們想象中更廣泛地存在于生活中，甚至存在于嬰兒的奶瓶里。”張凡希望，未來能運用好近紅外熒光分子“探針”技術，對微塑料進行活體實時動態追蹤，為保衛人類健康貢獻更多力量。
張凡一直鼓勵學生勇于跨界、主動交叉、全面發展。經過多年積累，他帶領的團隊已成長為一個典型的學科交叉團隊，一批批優秀學子畢業后繼續從事相關科研工作。
“創新的機會，就在學科交叉之處。”談及科研的心得，張凡總結說。