做活体深层成像的科研同仁，大多都遇到过同一个绕不开的瓶颈：随着激发与发射波长从可见光进入 NIR-I、NIR-II，生物组织中的散射逐渐降低，为深层、高对比度成像提供了新的光学窗口。尤其在 NIR‑IIb(1500–1700 nm) 及更长波段，长波荧光有望进一步降低组织散射带来的影响。但与此同时，探测器的响应、暗噪声以及系统光学损耗逐渐成为限制成像性能的关键因素，波长一旦突破1700 nm，传统InGaAs探测器、光电倍增管(PMT)灵敏度断崖式下跌，微弱荧光信号完全被噪声淹没。
事实上，1700–2000 nm NIR‑IIc长波窗口拥有更低的生物组织散射特性、更优的穿透深度与成像对比度，是活体深层高分辨成像的“黄金窗口”。长期以来，这一顶级成像区间始终无法普及，核心瓶颈不在探针、不在光路，而在探测极限——传统商用探测体系，根本抓不住深层组织透射后的极弱光子信号。
2022年，戴宏杰院士团队在《Nature Nanotechnology》发布里程碑式成果《In vivo non-invasive confocal fluorescence imaging beyond 1,700 nm using superconducting nanowire single-photon detectors》，首次将超导纳米线单光子探测技术(SNSPD)引入共聚焦活体荧光成像，成功打通NIR‑IIc成像新范式，实现完整小鼠头颅1100 μm无创深层成像、淋巴结单细胞级免疫结构原位观测，证明了单光子极限探测对生命科学成像的颠覆性价值，为下一代活体显微成像划定了技术方向。
立足十年量子极限探测技术积淀，我们对标顶刊前沿架构，完成全链路自主工程化实现。Qumi系列全新单品——单光子级极限灵敏度NIR‑IIc共聚焦显微镜正式落地。将量子领域“单光子级、超低噪声、超宽长波响应”的硬核能力，完整下沉至活体显微成像场景，让顶刊级的深层超高分辨成像，成为常规科研可落地、可复用、可量产的标准化设备。
01 技术溯源：被探测器封印的NIR‑IIc黄金窗口
生物光学成像的深度革命，本质是“波长更长、散射更小、穿透更深”的迭代过程。光在生物组织中的散射强度与波长强负相关，相较于常规NIR‑IIb波段，NIR‑IIc(1700–2000 nm)具备更优异的物理成像优势：组织散射进一步降低、有效衰减长度更长、离焦杂散光更少，天然适配深层、高对比度、无创在体成像。
图1. (a) 不同生物组织及体模的约化散射系数。(b) 脑组织中不同波长下的衰减长度。图源自 [1]。
但多年来，该窗口始终难以规模化应用，受制于传统探测体系的物理短板 [2]：
InGaAs探测器：1700 nm以上响应急剧衰减，长波弱信号完全失效;
常规PMT探测器：近红外长波响应极低、噪声基底高，无法支撑微弱荧光成像;
传统制冷型红外探测器：噪声大、系统复杂，无法适配高精度共聚焦扫描。
简言之：现有光路、探针、成像算法早已成熟，唯独探测端卡死了NIR‑IIc的全部性能上限。只有突破到“单光子探测量级”，才能真正释放长波窗口的成像潜力。
02 自研全栈架构：对标顶刊方案，实现工程化超越
本次推出的Qumi单光子极限灵敏度显微镜，并非简单设备集成，而是基于国际前沿SNSPD生物成像研究路线，我们针对长波荧光探测、共聚焦光学、扫描控制和高速数据采集进行了系统级工程化设计，将实验室级单光子探测方案转化为面向科研用户的标准化显微成像平台。从探测芯片到光学架构、从扫描控制到数据重构，全流程自主可控、可迭代、可定制。
图2. 单光子级成像显微镜光路/结构原理图
核心技术：长波专用SNSPD单光子探测器
整套系统的核心壁垒，源自量子探测技术的下沉迁移。我们基于自研超导纳米线器件体系，针对800–2000 nm长波荧光成像做专项优化，彻底补齐传统探测器的长波短板：
超宽长波响应：稳定覆盖NIR‑IIb、NIR‑IIc全波段，1700–2000 nm保持高探测效率，填补商用探测器盲区;
单光子级极限灵敏度：极低暗计数噪声基底，在低光子通量条件下仍能够对到达探测器的单个光子事件进行计数，为深层组织弱荧光成像提供更低的探测门槛;
高时间分辨率：光子到达时间可被精确记录，为时间相关单光子计数(TCSPC)、荧光寿命成像(FLIM)以及后续时间门控与光子统计分析提供硬件基础，形成Intensity + Lifetime + Photon timing三维能力。
成熟工程化封装：稳定光纤耦合、低抖动时序响应，适配高速共聚焦扫描，长期运行无漂移、无需频繁校准。
专项优化共聚焦光路，适配超长波深层成像
针对NIR‑IIc长波光传输、散射、损耗特性，我们重构整套共聚焦光学链路，解决长波成像分辨率下降、杂光干扰、信号损耗等问题：
采用单模光纤共焦针孔架构，与SNSPD光纤耦合体系完美匹配，高效滤除离焦散射光，大幅提升深层成像对比度;
全光路近红外长波高透镀膜，极性能低光学损耗，最大限度保留深层微弱有效信号;
搭载高NA长工作距离专用物镜，兼顾大深度穿透与亚微米级空间分辨能力;
支持808 nm/980 nm/1064 nm等多波段激发，实现最优穿透深度与成像精度。
全自研控制与成像软件，无黑箱可定制
区别于商用设备封闭固化的软件系统，本套设备搭载全自研成像控制平台，打通扫描、激发、探测、采集时序全同步，支持多模态成像：
2D平面快速成像、XYZ三维逐层层析、XYT长时间动态时序成像;
任意ROI局部精扫、高分辨重构、多通道信号分离、数据一键导出;
荧光寿命成像(FLIM)、时间门控成像以及光子统计分析;
可适配新型量子点、稀土探针、长波荧光染料的成像需求，算法可迭代、功能可拓展。
03 场景全面解锁，突破传统活体成像边界
这套单光子极限灵敏度显微镜，真正解决了传统活体成像“看不深、看不清、有创伤、信噪比低”的核心痛点，支撑多领域前沿创新研究。
图3. 注射稀土纳米颗粒的小鼠脑部血管荧光扫描成像。(a) 1500~1700 nm波段荧光成像。(b) 1700~2200 nm波段荧光成像。
✅ 无创深层脑科学成像
无需开颅手术、无需植入透明光学窗，无创穿透头皮、颅骨、脑膜多层组织，实现百微米至毫米级大脑皮层三维成像 [3]，清晰解析微血管网络与组织结构，支持活体长时程纵向观测，为脑血管疾病、神经动力学研究提供更真实的在体实验数据。
✅ 淋巴结免疫无创原位成像
突破传统必须手术暴露淋巴结的创伤式成像局限，实现完整皮肤覆盖下的淋巴结无创成像 [1]。可精准识别高内皮微静脉(HEV)、CD169+巨噬细胞、CD3+ T细胞等关键免疫结构，动态追踪免疫细胞浸润、迁移、互作过程，支撑肿瘤免疫、疫苗应答、淋巴免疫机制研究。
✅ 肿瘤微环境深层表征
依托超深穿透、高对比度成像能力，实现实体瘤深层组织成像，清晰观测肿瘤血管新生、药物递送分布、免疫细胞浸润、肿瘤边界演化，解决浅层成像信息片面、数据偏差的问题 [4]。
✅ 新型长波荧光探针评价体系
完美适配PbS/CdS量子点、稀土纳米颗粒、长波有机染料等NIR‑IIc新型探针 [5]，可完成探针成像亮度、穿透深度、信噪比、体内分布、代谢特性的全方位精准表征，助力新型活体显像剂研发与迭代。
04 我们的初心：把量子极限技术，下沉服务微观生命科学
十余年来，我们深耕超导单光子探测全栈自研，在量子计算、量子通信、量子精密测量等极限物理场景中，打磨出极致的光子管控与弱信号提取能力。我们始终坚信：能在千公里噪声信道中抓出单个光子的技术，也一定能看清生命组织深处微弱的微观信号。
Qumi系列始终坚持的初心，就是打破高端科研仪器的技术壁垒，把原本只存在于顶刊论文中的极限探测、极限成像能力，变成每一位科研工作者都能稳定使用、可重复、可落地的常规科研装备，让更多微观、深层、微弱、易被噪声遮蔽的生命真相，被清晰看见。
目前，该单光子级极限灵敏度NIR‑IIc共聚焦显微镜已完成整机联调，开放样机测试、场景定制与科研合作。欢迎各领域科研团队交流对接，共同解锁下一代超长波活体显微成像的全新研究维度。
[1] F. Wang et al., In vivo non-invasive confocal fluorescence imaging beyond 1,700 nm using superconducting nanowire single-photon detectors, Nat. Nanotechnol. 17, 653 (2022).
[2] E. C. V. Hughes, A. Upadhya, and K. Dholakia, Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors for Enhanced Biomedical Imaging, J. Biomed. Opt. 31, (2026).
[3] Y. Chen, Y. Yang, and F. Zhang, Noninvasive in vivo microscopy of single neutrophils in the mouse brain via NIR-II fluorescent nanomaterials, Nat. Protoc. 19, 2386 (2024).
[4] S.-P. Su, S.-L. Lin, Y.-H. Chan, Y.-J. Lee, Y.-C. Lee, P.-X. Zeng, Y.-X. Li, M.-H. Yang, and H. K. Chiang, Development of Stereo NIR-II Fluorescence Imaging System for 3D Tumor Vasculature in Small Animals, Biosensors 12, 85 (2022).
[5] F. Wang, Y. Zhong, O. Bruns, Y. Liang, and H. Dai, In vivo NIR-II fluorescence imaging for biology and medicine, Nat. Photonics 18, 535 (2024).
