近红外二区吸收与近红外二区发射材料，由于近红外二区波长较长，能够更好地穿透生物组织。与可见光和近红外一区（NIR-I, 700-900 nm）相比，NIR-II光在生物组织中的散射和吸收较少，从而使得光学成像在更深的组织中仍然清晰；在NIR-II波段内，生物组织的自发荧光显著减弱，因而能显著提高信噪比，提升成像质量；由于NIR-II光的能量较低，相较于紫外或可见光，它对生物体的光毒性较低，因此在活体成像中具有更高的安全性。近红外二区（NIR-II）吸收和发射的荧光材料在生物医学领域的应用极为广泛
深层组织成像
NIR-II荧光材料可以清晰显示深层血管网络，有助于分析血管系统的健康状况，监测血管疾病的进展，如动脉粥样硬化；因为近红外光在组织中的吸收和散射较低，NIR-II荧光材料可以用于非侵入性神经成像，清晰显示大脑的神经网络。
肿瘤检测与精准定位
通过将NIR-II荧光探针或材料与肿瘤相关的抗体或分子标记相结合，可以精确标记和检测肿瘤位置。这在术前成像和术中导航中特别有用，能够帮助外科医生精确切除肿瘤，同时保留正常组织。某些NIR-II荧光材料在光照下能够将光能转化为热能，用于光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）。通过在肿瘤部位聚集NIR-II材料并在局部照射近红外光，可以产生足够的热量来杀死癌细胞，实现靶向治疗。
光学传感器与生理信号监测
NIR-II荧光材料可以用于构建高度灵敏的光学传感器，用于实时监测生理参数，例如体温、血糖、血氧饱和度等。这些传感器可以用于临床监控以及疾病的早期检测，特别是在重症监护或慢性病管理中发挥作用。
随着技术的不断发展，NIR-II荧光材料在未来的精准医学、疾病诊断和治疗中有着巨大的应用前景。
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