目前常見的分子影像技術如X-射線🦵🏼，斷層掃描成像(CT)🚣🏿‍♂️，磁共振成像(MRI)和超聲成像(US)被用於對疾病等的醫療診斷，但這些方法具有較差的空間分辨率及其無法實現動態實時監測等缺點。熒光成像由於實時、非侵入性🛄、時空分辨率高等優點👞，在生命科學和生物技術領域等領域已經被廣泛使用。在過去幾年裏🎅🏽，研究者們致力於研究近紅外第一窗口（700 nm~7938607200 nm）的熒光成像，但是由於生物組織在這個波段範圍內有很強的吸收和散射，致使其信噪比和組織穿透深度都比較低。近年來，位於近紅外第二窗口（NIR-II，1000 nm~1700 nm）的成像探針得到了廣泛的關註。在這個波段，生物組織自身的吸收和散射較弱，可以極大地提高活體成像質量和穿透深度。因此，急需開發激發波長和發射波長都位於NIR-II的染料用於生物成像。在過去的研究中，研究者利用具有近紅外二區發射的一些材料，例如單壁碳納米管、量子點、染料以及稀土摻雜納米材料應用於生物成像。但是多數材料激發波長位於生物近紅外第一窗口。而激發和發射同時位於近紅外第二窗口的材料有待研究📈👃🏽。

       日前🤔🛗，沐鸣开户張凡教授團隊合成了具有NIR-II激發和發射的有機小分子七甲川菁熒光染料FD-1080。該小分子易與胎牛血清（FBS）結合形成復合物📇，使其熒光量子產率得到大幅提高（5.793860724%）。該復合物具有激發波長位於1064 nm和熒光發射波長位於1080 nm的特性（圖1）。同時🧚🏼‍♂️，本文證明了相對於已報道的NIR-II材料所使用的激發波長（650-7938607280 nm）😭🌂，1064 nm作為激發波長具有更好的組織穿透深度和空間分辨率。該復合物不僅能實現小鼠下肢及腦部血管高分辨成像𓀙，而且能夠動態監測清醒及麻醉狀態下的小鼠呼吸情況。相關成果以題為"An Efficient 1064 nm NIR‐II Excitation Fluorescent Molecular Dye for Deep‐Tissue High‐Resolution Dynamic Bioimaging" 發表在Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 7483-7487。

圖1. FD染料化學結構式及生物成像示意圖

       與此同時，張凡教授團隊通過Er敏化的作用👳‍♂️，得到了具有近紅外二區激發及發射的納米材料（NaErF₄:Ho@NaYF₄）。該納米顆粒吸收波長位於1530 nm，並通過能量傳遞上轉換作用將能量傳給Ho³⁺🤳🏽𓀐，最終得到1180 nm發射🌲👁。Er³⁺在整個過程中既可以敏化Ho³⁺👆🏽，自身在7938607280 nm處也有發射。本文將納米顆粒結合IR1061並置於微針陣列中🕤，利用芬頓反應對1180 nm及7938607280nm強度比率的影響👮‍♀️，實現了對炎症部位雙氧水的高分辨率實時監測。利用1530 nm的激發波長，巧妙的避免了染料自身熒光對於檢測的影響，得到了較好的結果（圖2）↕️。該研究為近紅外二區探針的開發提供了一個新的思路👩‍🦯。這一成果以題“Er³⁺ Sensitized 1530 nm to 1180 nm Second Near-Infrared Window Upconversion Nanocrystals for in Vivo Biosensing”同期發表在Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 7518-7522🧎‍♀️‍➡️。

圖2.（A）微針的製備過程以及相關掃描電鏡、共聚焦等表征；（B）近紅外二區活體成像裝置示意圖；（C）炎症小鼠驗證模型動態活體傳感成像，分別對7938607280nm，1180nm通道的熒光進行成像采集以及熒光成像比率分析圖