Advanced Materials:原子调控助力NIR-IIb探针生物成像

荧光成像技术在生物医学研究以及活体动态监测等多个领域发挥举足轻重的作用,已经发展成为最重要的分子影像方法之一。近年兴起的近红外二区(NIR-II,1000-1700 nm)成像方法进一步提高了荧光分子影像的适应性,同时在高精度、高穿透深度以及实时动态分析等多个方面显示出了长足的优势。该技术主要依赖于长波长发光本身所特有的弱背景荧光与低光子散射特性,可实现更高精度和分辨率的深层组织的活体影像。过去几年的大量的科学家致力于开发高质量的NIR-II荧光材料,且到目前为止已经发展出了稀土下转换纳米、量子点以及有机发光材料(主要包括聚合物和小分子)在内的诸多材料体系,并在活体成像、生物分析以及动态追踪等多个方面取得了大量的研究成果。然而,根据光学原理,在NIR-II范围内长波长在生物成像方面具有更大的潜能。但是,目前的荧光材料受限于发光波长主要集中在NIR-II的短波长或是发光亮度较低两方面的问题,严重地局限了NIR-II荧光成像技术的广泛应用。因此,开发在NIR-II窗口具有高亮度、长波长发光的材料体系仍具有重要的意义。

苏州大学李盛亮教授、香港城市大学李振声教授与浙江大学钱骏教授合作系统性探索了原子取代策略在近红外二区分子探针的光学活性调控的内在作用与潜在机制,成功开发了在的原子编程效应在NIR-IIb(1500-1700 nm)窗口具有高亮度的有机分子探针。通过纳米制备技术获得了基于所得有机探针的水溶性纳米探针,成功实现了活体全身血管、胆道系统以及深部脑部血管高分辨成像与动力学检测。

研究人员通过在A-D-A骨架结构的近红外二区共轭寡聚物母体结构上进行硒和氟原子分别取代硫与氢原子,通过该一系列的原子替代实现分子内的D-A结构电荷转移效应,以此实现A-D-A共轭寡聚物的能级带隙的降低从而取得在近红外区域良好的长波长吸收与发光性能。在此基础上,研究人员采用简便的纳米制备技术将所得的共轭寡聚物IDSe-IC2F制备成具有良好水溶性以及稳定性的NIR-II纳米探针。通过光学表征与分析,发现所得的 IDSe-IC2F NPs的NIR-II发光性能具有高亮度的特点,同时其发光波长最长可延伸超过1800 nm,具备了良好的NIR-IIb发光特性。进一步地,研究人员通过全身血管以及膀胱胆道系统造影证实了该IDSe-IC2F NPs的NIR-IIb发光可提供高对比度、高分辨率的血管造影效果。在此基础上,研究人员利用所得的IDSe-IC2F NPs对深部脑血管以及血流动力进行了活体监测,证实该材料可以清晰的呈现脑血管及其血液流速的可视化分析。该研究为NIR-II荧光探针的设计提供了新的思路,有效地推进了高分辨NIR-II生物成像的研究进程。

论文信息:

Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500 nm

Yi Yuan, Zhe Feng, Shengliang Li*, Zhongming Huang, Yingpeng Wan, Chen Cao, Sien Lin, Lan Wu, Jing Zhou, Liang-Sheng Liao, Jun Qian*, Chun-Sing Lee*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202201263

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201263