近红外二区（NIR-II）激发的有机/聚合物荧光分子在生物成像中的应用

The second near-infrared (NIR-II) window excitable/emissive organic/polymeric fluorescent molecules for bioimaging application

Guannan Liu, Chenguang Wang, and Geyu Lu

Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 18, No. 03, 2530002 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545825300022

在生物医学光子学领域，荧光成像技术因其非侵入性和高灵敏度而备受关注。近年来，近红外二区（NIR-II，1000–1700 nm）的荧光成像技术因其显著的组织穿透深度和高对比度而成为研究热点。与传统的NIR-I区（750–900 nm）相比，NIR-II的成像技术能够显著减少光散射和自荧光，从而实现更清晰的深层组织成像。吉林大学卢革宇教授和王晨光教授团队联合综述了近年来开发的NIR-II可激发/发射的有机/聚合物荧光分子，深入探讨了这些荧光分子的化学结构和光物理特性，并重点介绍了NIR-II激发下非侵入性体内荧光成像的最新进展。

导语

荧光成像技术在医学诊断和生物医学研究中发挥着重要作用。传统的荧光成像主要集中在可见光和NIR-I，但这些窗口的组织穿透深度有限，且易受生物介质干扰。NIR-II的出现，为实现深层组织成像提供了新的机遇。NIR-II的光散射和吸收效应较NIR-I显著降低，使得成像对比度和清晰度大幅提升。本文将详细介绍NIR-II可激发/发射的有机/聚合物荧光分子的最新研究进展，探讨其在生物成像中的应用前景。

正文

1. 引言

荧光成像技术通过利用荧光分子在特定波长光激发下发出的荧光信号来实现生物组织的成像。NIR-II的成像技术因其显著的组织穿透深度和高对比度而备受关注。NIR-II的光散射和吸收效应较NIR-I显著降低，使得成像对比度和清晰度大幅提升。本文综述了近年来开发的NIR-II可激发/发射的有机/聚合物荧光分子，深入探讨了这些荧光分子的化学结构和光物理特性，并重点介绍了NIR-II激发下非侵入性体内荧光成像的最新进展。

图1. (a) 组织穿透深度与光波长的关系3。(b) 不同生物组织的散射系数随波长的变化4。(c) 在不同激发条件下荧光图像的对比7。

2.荧光分子的分类与特性

2.1. 传统荧光分子

传统荧光分子如氰基染料、罗丹明和BODIPY等，因其优异的光物理性能而被广泛应用于NIR-II成像。例如，FD-1080染料在NIR-II区域具有显著的吸收和发射特性，其吸收峰在1046 nm，发射峰在1080 nm，量子产率（QY）为5.94%。此外，FD-1080的J-聚集体在NIR-II窗口展现出显著的红移，吸收峰达到1360 nm，发射峰达到1370 nm，QY为0.0545%。这些特性使得FD-1080及其J-聚集体在深层组织成像中具有显著优势。

图2.(a) FD - 1080 的分子结构。(b) FD - 1080 的吸收和发射光谱。(c) 不同激发条件下荧光图像的对比7。(d) FD - 1080 单体和 J - 聚集体的归一化吸收和发射。(e) FD - 1080 J - 聚集体的量子产率。(f) FD - 1080 J - 聚集体的堆积图。(g) 不同区域中 J - 聚集体成像得到的脑部和后肢血管图像38。

2.2. D-A-D型分子

D-A-D型荧光分子因其高效的电荷转移和显著的红移特性而备受关注。例如，BTFQ分子通过调整受体和烷基取代位置，引入双离子基团，实现了NIR-II吸收和高QY（0.65%）。此外，BETA分子通过引入大平面单元优化了NPs性能，其吸收峰在1064 nm处达到11.28*103M-1cm-1，QY为0.019%。这些特性使得BETA NPs在1064 nm激光激发下展现出更高的成像清晰度和分辨率。

图6.(a) BTFQ的分子工程设计。(b) BTFQ/DMPC的归一化吸收光谱；BTFQ和BTFQ/DMPC的荧光量子产率（QY）和亮度。(c) 使用808 nm和1064 nm激光激发的NIR-II成像图像41。(d) BETA的分子结构；B2TA NPs和BETA NPs的吸收光谱。(e) 使用808 nm和1064 nm激光激发的NIR-II成像图像42。

2.3. 聚合物

聚合物因其优异的荧光性能和生物相容性而成为NIR-II成像的重要材料。例如，PSQPNs-DBCO通过分子工程实现了NIR-II的激发和发射。其吸收峰在1064 nm处达到27.85 L g-1cm-1，发射峰在1290 nm。此外，PBQx NPs通过调整反应时间实现了NIR-II的宽谱发射。这些特性使得PBQx NPs在NIR-II成像中展现出显著的成像清晰度和肿瘤定位能力。

3. 结论与展望

NIR-II窗口可激发/发射的有机/聚合物荧光分子在生物成像领域取得了显著进展。这些荧光分子因其优异的光物理性能和生物相容性，有望在临床应用中发挥重要作用。然而，目前仍面临一些挑战，如缺乏可在NIR-II激发的有机/聚合物荧光分子，以及聚合物封装对荧光性能的影响尚不明确。未来的研究应聚焦于开发新型荧光分子，优化分子结构，以实现更高效的NIR-II成像。

结语

本文综述了NIR-II可激发/发射的有机/聚合物荧光分子的最新研究进展，探讨了其在生物成像中的应用前景。尽管目前取得了一些显著进展，但仍面临一些挑战，未来的研究应聚焦于开发新型荧光分子，优化分子结构，以实现更高效的NIR-II成像。

通讯作者简介

王晨光，吉林大学电子科学与工程学院、集成光电子学国家重点实验室教授。主要从事有机分子荧光探针的设计合成及生物荧光成像研究。

更多详情见https://sensors.jlu.edu.cn/info/1073/1943.htm

卢革宇，吉林大学唐敖庆特聘教授，在新型气体传感器构建、实用化传感器开发、纳米传感材料设计与制备、高性能传感系统构筑以及环境/安全监测仪器研制等方面取得一些原创性的成果和具有重要价值的应用成果。

更多详情见https://sensor-jlu.com/index/index/user/id/6