利用光谱分裂钙钛矿单像素探测器进行荧光定位和追踪成像

《Nature Communications》：Fluorescence localization and tracking imaging with a spectral-splitting perovskite single-pixel detector

　　

摘要

图像引导手术系统需要精确融合荧光成像与结构背景成像，但现有的双摄像头系统方法存在视野错位和像素偏移的问题，这可能导致毫米级的手术误差。为了解决这些问题，我们开发了一种基于光谱分离钙钛矿光电探测器的荧光/背景融合单像素成像系统。通过引入经过梯度优化的宽带隙钙钛矿滤光层，该光电探测器能够高效地将520纳米的荧光信号（S₁）与450纳米的背散射光（S₂）分离，从而实现光谱选择性检测。优化后的光电探测器的信号抑制比（S₁/S₂）达到了57倍，使得该系统能够检测到浓度低至50 nmol/mL的荧光素钠水溶液。更重要的是，这种主动式单像素成像架构确保了多个探测器图像在视野和像素级别上的高度一致性，无需复杂的配准算法或复杂的光学路径设计。最后，通过在小鼠肿瘤实验中的应用，我们实现了精确的实时荧光标记肿瘤定位与追踪成像，证明了所开发系统在荧光/背景融合成像方面的可靠性。这为医学成像提供了一种基于荧光的目标定位方法，展示了单像素成像在高级诊断中的实用价值。