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突破瓶颈!近红外二区磷光成像:看得深,看得清

已有 1742 次阅读 2021-8-13 14:10 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

相较于近红外一区(NIR-I,700-1000 nm),近红外二区(NIR-II,1000-1700 nm)荧光成像在生物体内散射低、组织穿透深且成像分辨率高,在分析化学、生物学和临床医学等多学科交叉领域表现出重要的应用前景。然而受限于荧光的固有缺点,例如,较小的斯托克斯(Stokes)位移和较短的光学寿命,使得NIR-II荧光成像在动物活体内高分辨、高质量的实时成像效果不理想,依然有很大的空间予以提高。

 

如何进一步从材料学、化学、光学等多个维度对NIR-II成像进行重新思考与设计,是突破现有NIR-II成像生物应用瓶颈的关键。

北京时间2021年8月12日晚23时,以武汉理工大学常柏松副研究员为第一作者,斯坦福大学/中科院上海药物所程震教授为通讯作者,武汉理工大学孙涛垒教授、中科院自动化研究所胡振华研究员为共同通讯作者的研究论文——“A phosphorescent probe for in vivo imaging in the near-infrared II window”发表在Nature Biomedical Engineering杂志上。


该研究首次将磷光拓展到近红外二区区域,创新性地开发出了近红外二区磷光成像(NIR-II phosphorescent imaging)技术,为探索面向重大疾病的特异性成像提供了新思路和新策略。


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本文主要亮点:


一,借助金属离子交换机理,制备出具有空心结构的CISe纳米管(图1),并且在管壁结构中形成了大量的In-rich晶格缺陷,这种特殊的结构将会对改变CISe纳米探针的光学性质起到关键作用。


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图1:具有空心结构的CISe纳米管的形成示意图。


二,利用氢键诱导的受限自组装原理,成功改变了纳米探针的受激态衰减过程,实现了从短寿命(73 ns)荧光到长寿命(336 μs)、近红外二区(最大发射峰在1130 nm左右)磷光光学性质的转变(图2)。


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图2:CISe纳米探针的受限自组装过程及相应的光学性质变化。


三,基于CISe纳米探针的荧光-磷光转变机理,将其应用于活体小鼠体内实时成像,来源于正常器官和组织的生物背景干扰得到了明显抑制(图3),仅显示出针对肿瘤的特异性成像能力,尾静脉注射纳米探针24 h后的信噪比高达190,血管分辨率低至7.6 μm,显示出在动物活体内高分辨、高质量的实时成像。


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图3:CISe纳米管作为NIR-II磷光探针能够实现对肿瘤的特异性成像。


以上体内成像的结果表明,近红外二区磷光成像技术能够在肿瘤诊断及治疗中给出更加丰富的信息,或将进一步推动近红外荧光导航技术的临床应用。

 

相关工作得到了国家自然科学基金的大力支持。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41551-021-00773-2




http://wap.sciencenet.cn/blog-3423233-1299591.html

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