Advanced Materials:原子精度的金团簇作为红外二区荧光探针

红外二区成像技术(NIR-II,1100-1700 nm)由于其更深的组织穿透深度和更高的空间分辨率等优势成为近年来生物医学研究的热点方向。为了进一步拓展红外二区成像技术,关键是要开发出能够在生物学和医学中提供功能和结构成像的荧光分子。目前,有些无机纳米材料如单壁碳纳米管、半导体量子点、稀土纳米颗粒等已被广泛用作多功能血管成像和肿瘤成像。这些材料在生理环境下稳定性好。然而,由于大的亲水半径,大量的无机纳米颗粒不能通过肾脏快速排泄,这些物质在体内的持续积累可能导致潜在的生物毒性。此外,这些材料的荧光量子产率仍然较低,这些因素都阻碍了其在临床医学中的潜在应用。

为此,天津大学张晓东教授与新加坡国立大学谢建平教授团队合作设计了一种原子精度的红外二区荧光分子,它由25个Au原子和18个谷胱甘肽配体组成,具有独特的笼状结构,可以通过配体和Au原子之间的电荷转移在700-1350 nm范围发出荧光。其最突出的特点是能够通过配体的转换和金属原子掺杂进行结构调控,以改变其发光的性质,进而提高Au25团簇的荧光量子产率。Au25团簇的长波长具有深层组织穿透性,可很好地用于体内脑血管成像和肿瘤转移检测中。时间分辨的脑血流成像可反映出正常小鼠和脑损伤小鼠的大脑血管之间存在显著差异。同时,Au25团簇的红外二区成像还可以监测出中风后脑血管中的许多新生血管,这将有助于人们去深入探究脑疾病的病理生理学。此外,Au25团簇可以用于肿瘤转移的高分辨率成像以及血管和淋巴转移成像。最后,Au25团簇不仅可实现0.61 cm深度的肾脏高分辨率成像,并且能够被肾小球滤过进而经尿液快速排泄,这样使得其在超高剂量(100 mg / kg)注射下仍无任何急性和长期毒性。因此,Au25团簇可以用作红外二区荧光探针,在生物成像和医学诊断(尤其是脑成像)中具有重要的应用价值。

该工作在提高了生物成像分辨率的同时也实现了与生物组织的良好相容性,对未来的生物成像特别是脑成像和肿瘤方面的研究提供了很好的支撑作用。相关研究成果以“Atomic Precision Gold Clusters for NIR-II Imaging”为题于2019年10月1日在线发表在“Advanced Materials”上(DOI:10.1002/adma.201901015)。