近红外光（700–2500 nm）可以比可见光更有效地穿透皮肤和血液等生物组织，因为这些组织在较长波长下散射和吸收的光更少。只要在阳光下握住你的手，你的手指就会因红光和近红外光的优先传输而发出红光。然而，当波长超过950 nm时，由于水和脂类的吸收增加，这种影响会减弱。然而，对于活体动物的光学成像，波长在650 nm到950 nm之间存在一个清晰的窗口1,2(). 然而，实际上，该窗口并不是最佳窗口，因为组织自体荧光会产生大量背景噪声，组织穿透深度限制在1到2厘米之间（参考文献。三).
生物组织中的光学窗口上图：这些有效衰减系数（对数标度）与波长的关系图表明，在第一个（粉红色阴影区域）或第二个（灰色）近红外窗口中，氧合血、脱氧血、皮肤和脂肪组织的吸收和散射最低9,10底部：基于硅（Si）、砷化铟镓（InGaAs）或碲化汞镉（HgCdTe）传感器的典型相机的灵敏度曲线。硅和InGaAs相机分别在第一和第二个近红外窗口内敏感，而HgCdTe在较长波长下最敏感。
2003年，模拟和建模研究4在组织或血液等混浊介质中进行光学成像的结果表明，使用1320nm（而不是850nm）发光的量子点荧光团可以将信噪比提高100倍以上。然而，这第二个近红外窗口在1000至1350 nm之间缺乏生物相容性荧光探针，这使得该高灵敏度光谱范围无法用于体内成像。
在本期的第773页，戴洪杰和中国斯坦福大学和苏州大学的同事报道了一种产生生物相容性荧光单壁碳纳米管的方法，其发射波长在950到1400纳米之间（参考文献。5). 这些明亮的纳米管允许深度和高度敏感体内直接在皮肤下面和通过皮肤深层的血管成像。
单壁碳纳米管生长在固体衬底上，因此在用作可溶性荧光团之前，必须将其分离、去缠结并涂上合适的亲水层。戴和他的同事观察到，经常使用的超声化学方法是在试管上涂上一层生物相容性磷脂，这种方法会缩短试管，并产生抑制荧光的缺陷。然而，他们发现，如果在第二步用磷脂-聚乙二醇涂层替换胆酸盐之前先用胆酸钠（一种生物脂质）涂层，管子仍然保持荧光和完整。这两步过程产生了具有生物相容性表面涂层的纳米管，并在近红外波长下发射稳定且强烈增强的荧光。
当交换的纳米管被注射到正常小鼠和荷瘤小鼠的血液中时，血管（包括肿瘤内较小的血管）的详细地图通过皮肤发出明亮的荧光，而不受背景自体荧光的任何干扰。此外，与使用直接声化学方法制备的纳米管相比，需要15倍低剂量的纳米管才能获得如此详细的信号。这项工作显示了荧光成像在第二个近红外窗口中的优势，并开辟了新的成像可能性。然而，为了使这些纳米管成为有用的对比剂，有必要对其生物分布和药代动力学进行全面研究。
早期的小鼠研究表明生物相容性碳纳米管可以有效排泄6但留在体内的纳米管的长期命运在很大程度上仍不得而知。此外，这些颗粒的不可生物降解性质及其针状结构令人担忧，因为吸入后在肺部观察到组织损伤和慢性毒性7然而，Stanford-Soochow团队的研究成果将有助于在不久的将来通过灵敏和特异的近红外荧光成像解决这些争议。
其他有前景的造影剂体内1000到1350nm之间的光学成像包括半导体量子点和等离子纳米颗粒，如金纳米棒。与碳纳米管不同，这些试剂的大小和形状可以微调，以调节药物动力学和生物分布，并且它们的光学特性也具有无与伦比的可调性。然而，近红外量子点含有剧毒半导体化合物（如PbS、PbSe、InAs或HgTe），因此它们用于体内应用程序有限。
1000至1350 nm之间的光学成像也因缺乏灵敏且低成本的CCD（电荷耦合器件）相机而受到阻碍。硅是CCD相机中最常用的材料，对波长超过1000 nm的波长不敏感。相反，近红外相机使用带隙较窄的半导体合金，如InGaAs和HgCdTe。InGaAs相机在第二个近红外窗口中具有较高的量子效率，而HgCdTe相机在高分辨率阵列中可用，但总体量子效率较低。总的来说，这些类型的传感器越来越便宜，大多数传感器都有足够的灵敏度和分辨率（10–30万像素）体内成像应用程序。
以及新的近红外生物发光探针8，第二个近红外窗口为敏感体内小动物的荧光成像。然而，要转化为临床应用，研究人员需要证明这些纳米探针具有生物相容性，并且能够优于其他更成熟的短波探针，如吲哚菁。然而，机会之窗很大，有待探索。
