吲哚菁绿 (ICG) 的荧光光谱测量及应用
吲哚菁绿 (ICG) 作为荧光染料，常用于医学荧光成像。这是因为生物组织光学窗口在650 nm - 1350 nm 内穿透深度较大，并且在近红外波段范围内效果明显。ICG的主要吸收谱段在600nm-900nm之间，而所产生的荧光则在750-950nm之间，其特征峰约在810 nm波长处。
因此，ICG溶液在医疗领域中的获得了广泛的应用。当它的粉末溶解在无菌水后可以制备成高浓度注射液，常被应用于例如肝功能研究（大型肝脏手术的术前测试）、眼科血管造影（检查眼部的血管和其他结构）和淋巴标测（淋巴结、淋巴管和淋巴管体液）等。
1. 光谱仪 图1：荧光测量实验 AvaSpec-HERO 光谱仪 在本实验中，我们使用的是 AvaSpec-HERO 光谱仪，它采用了高灵敏度紧凑型光学平台和热电制冷背照式CCD 探测器，其电路可以把噪声信号抑制在很低水平，因此具有更好的信噪比以及动态范围。不仅如此，AvaSpec-HERO还配备了USB3.0 高速通信接口以及千兆以太网通信接口，使其能够方便快捷地与计算机通信。 由于AvaSpec-HERO的高灵敏度和信噪比，所以它非常适合荧光测量应用。如图1所示，我们使用785 nm激光器激发样品，将反射探头的一端连接到激光器，同时在反射探头的接收端利用长通滤光片来过滤785 nm处的激发光，确保光谱仪只能检测到荧光信号。 2. 实验方法 实验中，我们使用蒸馏水作为溶剂， 将μM转换为mg/mL以获得μM的对应浓度。我们将2~50μM范围均分成九组浓度，并在表中得到了以 mg/mL 为单位的理论浓度值（图2）。图3为ICG溶于蒸馏水的浓度。 图2：μmol→mg/ml转换表 图3：ICG溶液浓度（溶剂：蒸馏水） 如图4所示，每组实验分别添加不同剂量的蒸馏水稀释，以获得浓度范围在2 ~50μM的溶液。表中黄色高亮处、浅绿色高亮处、深绿色高亮处的实验分别添加了浓度不同的ICG基础溶液。最后，我们通过计算得到了真实浓度值，将其转换回以μM为单位的数据。下方图5所示的是不同浓度的 ICG 溶液样品。 图4：根据理论值计算所得的真实浓度和μM值 图5：不同浓度的ICG溶液 为了避免室内的环境光对测量产生干扰，我们在暗室中进行实验。将反射探头浸入到样品中来采集光谱（每次测量之前用蒸馏水清洗反射探头并擦干）。此时测量结果不再受到环境光的影响，可以更加准确地进行 ICG 荧光测量。 3. 数据与结果 ICG 荧光测量的实验结果 样品1：0.0016 mg/mL ICG 荧光测量的实验结果 样品2：0.0063 mg/mL ICG 荧光测量的实验结果 样品3：0.011 mg/mL ICG 荧光测量的实验结果 所有样品汇总 向右滑动 分析与讨论 测量结果显示，ICG浓度越高，所产生的荧光越弱。如样品1，浓度为0.0016 mg/mL，荧光峰值位于812.93 nm，峰值强度最大。样品2的浓度为0.0063 mg/mL，荧光峰值为815.68 nm，峰值强度次之。实验中ICG样品的峰值范围为812.93 ~ 823.94 nm，结果与文献相吻合。 通常情况下，染料溶液浓度越高，它发出的荧光就越强，而ICG却恰恰相反。这是因为ICG的激发光和产生的荧光波长相近，导致激发光与荧光会被同时检测到。ICG的激发光通常在790 nm左右，激发光与荧光的光谱重叠会导致与浓度相关的荧光产生淬灭。淬灭是指任何降低荧光强度的过程。激发态反应、能量转移和分子碰撞都可能导致淬灭。ICG的分子距离非常近，可以对荧光光子产生自吸收效应，并通过某种内部转换机制将这种能量转化为振动(热)。 4. 结论 ICG在医学荧光成像领域中有着很好的应用前景。尤其在近红外范围内，可以穿透更深的活体组织。而且ICG 无毒、价格便宜，因此可以广泛应用在医疗领域中。但是，仍需对ICG进行进一步测试和实验。它的许多特性，尤其是与荧光有关的特性，目前还是未知的。通过这个实验，我们验证了 ICG 荧光的一些关键因素： 1. ICG的浓度对于测量结果至关重要。 2. 使用时需要避免激发光的影响。在本实验中，我们使用了 785 nm激光器和长通滤光片，以确保激发光不会过度干扰荧光从而产生淬灭。 3. 对于低浓度样品，需要在暗室中进行测试，确保用反射探头测量时不被环境光干扰。
