Advanced Functional Materials:聚集诱导发光——高亮度近红外二区荧光染料分子设计策略及小鼠脑炎深层次成像

近红外二区(NIR-II,1000-1700 nm)荧光成像是近年来发展起来的一种新型成像技术。相比于常用的可见光及已近红外一区(NIR-I, 750-900 nm)荧光成像,NIR-II由于发射波长更长,可显著降低在穿透组织时发生的光散射及自发荧光效应,在体内成像中展现出更深的组织穿透深度和更高的空间分辨率等优势,NIR-II荧光成像技术已成为生物医学研究的热点方向。然而大多数NIR-II荧光染料的荧光量子效率较低(QY < 8%),严重制约成像效果。故开发高亮度NIR-II荧光染料具有重要意义。

针对该问题,香港香港科技大学唐本忠院士课题组与南开大学丁丹教授课题组合作,在理解AIE的分子设计理念的基础之上,提出一种高亮度NIR-II荧光染料的分子设计策略:结构扭曲+螺旋形转子。研究者认为,阻碍荧光分子在聚集态高效发光的障碍来自其分子间相互作用,故有效打破分子间相互作用可以提高发光效率,这恰好是AIE技术的核心。研究者进一步发现,仅依靠结构扭曲仍不能达到有效发光的目的,必须再引入一种螺旋形分子转子。在两者的共同作用下,可以得到高亮度NIR-II荧光染料(最大发射峰位于1030 nm,QY = 11%)。为进一步体现所得材料亮度高的优势,研究者探索了其深层次脑炎NIR-II荧光成像应用。为穿越血脑屏障,研究者巧妙的选择了一种免疫细胞-中心粒细胞(具有炎症趋向性),作为活细胞载体。实验结果表明,中性粒细胞能有效携带NIR-II荧光染料到达脑部炎症部位,由于材料本身亮度高,再结合中性粒细胞的选择性富集,脑炎NIR-II荧光成像的信噪比可高达30.6.,成为目前近红外二区以静脉注射方式活体成像检测病灶部位的最高信噪比。 研究者相信,此项研究将会为基于高亮度NIR-II荧光染料的分子设计打开了一扇窗户,并为NIR-II的高质量荧光成像带来新的活力。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201908125)上,文章第一作者为刘顺杰博士、陈超博士,通讯作者为丁丹教授、唐本忠院士。