荧光成像在医疗诊断、药物递送和手术导航等领域中均有广泛应用，特别在近红外第二窗口（NIR-II，900-1700 nm），因受生物组织光散射和自发荧光影响较小进而可以实现更高的成像信噪比和时空分辨率。然而目前NIR-II有机染料荧光亮度仍然有待于进一步提高。影响有机染料亮度的关键因素是摩尔消光系数和荧光量子产率。而目前主要报道的染料无法同时实现这两个参数的优化：拥有高摩尔消光系数的菁染料在水溶液中荧光容易聚集淬灭（ACQ），而D-A-D染料虽可以引入三苯胺官能团来实现聚集诱导发光（AIE），但其本征的低摩尔消光系数却无法通过简单的给体修饰而改变。因此设计具有高摩尔消光系数、AIE以及J聚集性质分子对于提高生物医学活体成像性能具有较大的意义。
为了应对这一挑战，复旦大学张凡教授研究团队设计以稠环dibodipy为母核，三苯胺为AIE的功能性官能团，构筑了新型NIR-II区J聚集AIE发光染料THPP。其具有较高的摩尔消光系数，而且三苯胺结构保证了聚集荧光增强的性质。此外，THPP稳定的稠环刚性结构使它具备极其优良的光稳定和化学稳定性。作者利用THPP分子制备得到高亮度的胶束，不仅能够动态监测深层肺脏、肾脏、主动脉弓和颈椎等，更能够在高帧率下准确监测心脏跳动的过程。该工作为解决NIR-II区染料分子荧光淬灭问题提供了新的策略。
图1（a）THPP合成路线。（b）THPP胶束、纳米乳、固体状态示意图。（c）THPP胶束用于小鼠脏器高帧率成像。（d）THPP胶束用于小鼠心脏跳动的检测。（e）对比THPP胶束与ICG监测小鼠脑部侧枝循环。
参考文献
Qisong Zhang, Peng Yu, Yong Fan*, Caixia Sun, Haisheng He, Xuan Liu, Lingfei Lu, Mengyao Zhao, Hongxin Zhang, Fan Zhang*. Bright and Stable NIR‐II J‐aggregated AIE Dibodipy for Dynamic in vivo Bioimaging. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(8), 3967-3973.
仪器推荐
近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST
NIR-II in vivo imaging system
文中利用近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST完成了小鼠的脑血管、深层肺脏、肾脏、主动脉弓和颈椎等部位的动态监测实验，以及监测急性肺损伤小鼠的呼吸频率，并追踪小鼠的侧支循环过程实验。该小动物活体成像系统功能强大，相机性能优异，多款深度制冷的InGaAs近红外相机可供选择。检测灵敏度高，可实现大视野以及局部小动物高信噪比和高分辨活体成像。自主开发的软件功能一键操作，可实时反映仪器状态，自动化控制，操控与图像处理一体化，终身免费升级。该成像系统应用场景多样化，可用于小动物近红外二区宽场成像、全光谱成像、近红外二区荧光寿命成像，且成像系统采用了模块化设计，成像功能亦可进一步升级扩展X射线激发模块、CT成像模块、三维成像模块、热成像模块、比率荧光测试、多通道成像与原位光谱测试等。该系统可应用于活体小动物荧光手术导航、脏器成像、肿瘤成像、血管成像、淋巴成像、体内植入物的监测、药物追踪与活体原位疾病检测等。
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