近紅外二區熒光壽命成像系統在神經科學研究中具有獨特的優勢。大腦是人體尤其為復雜的身體部分，神經信號的傳導和神經細胞之間的相互作用一直是神經科學研究的重點和難點。該系統為研究大腦神經活動提供了新的技術手段。在神經遞質研究中，神經遞質在神經元之間傳遞信號，其濃度和釋放過程的變化與許多神經系統疾病密切相關。研究人員可以將對特定神經遞質敏感的熒光探針導入大腦，利用近紅外二區熒光壽命成像系統，實時監測神經遞質釋放時熒光壽命的變化，從而了解神經遞質的動態變化過程。在癲癇等神經系統疾病研究中，該系統可以觀察大腦神經元異常放電時神經細胞微環境的改變，為揭示疾病的發病機制和開發新的治療方法提供重要線索。

環境生態學研究中，近紅外二區熒光壽命成像系統助力微生物群落動態監測。將不同熒光壽命的探針標記土壤中的功能菌群，系統可穿透土壤表層（深度達5cm），實時記錄固氮菌、解磷菌等功能菌群的空間分布與相互作用。研究發現，施肥處理會使固氮菌的熒光壽命信號增強30%，揭示了施肥對土壤微生物功能的調控機制，為生態農業的施肥管理提供了科學依據。深海生物的高壓適應“解碼器”，模擬深海環境檢測攜氧蛋白壽命變化，揭示極端環境下的分子適應機制。

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