抗淬滅近紅外二區(qū)小分子熒光探針用于活體高分辨率成像和pH傳感

          小分子熒光探針是熒光成像與傳感技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中得以發(fā)揮重要作用的有力工具。近年來興起的近紅外二區(qū)（1000~1700 nm）熒光成像技術(shù)為該領(lǐng)域帶來一次重大技術(shù)變革。相比于傳統(tǒng)技術(shù)采用的短波段（400~900 nm）熒光，近紅外二區(qū)熒光可顯著降低生物組織的散射以及自發(fā)熒光干擾，因而極大地革新了成像分辨率和成像深度。然而限制該技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展的一個重要瓶頸是缺乏合適的小分子熒光探針。目前開發(fā)的熒光探針在水中普遍面臨著熒光淬滅，光穩(wěn)定性差等問題，并且缺乏熒光傳感特性，在生物傳感分析中應(yīng)用受限。

          針對上述問題，研究團(tuán)隊打破聚集誘導(dǎo)熒光淬滅的傳統(tǒng)慣性思維，發(fā)現(xiàn)溶劑極性增強(qiáng)是誘導(dǎo)熒光淬滅的主要成因，并基于此開發(fā)了系列波長可調(diào)的抗淬滅近紅外二區(qū)花菁染料。與傳統(tǒng)染料相比，該類染料在水中的熒光亮度提升了高達(dá)44倍，并獲得了更優(yōu)異的光穩(wěn)定性，其活體淋巴成像效果遠(yuǎn)勝于金標(biāo)準(zhǔn)染料吲哚菁綠。與此同時，研究團(tuán)隊通過對染料光物理性質(zhì)的深入研究，成功構(gòu)筑了首個近紅外二區(qū)pH傳感探針，并將其應(yīng)用于無創(chuàng)的4 mm組織深度下胃酸定量檢測。在此過程中，研究團(tuán)隊克服了長期以來因組織內(nèi)光衰減造成的活體熒光定量分析難的問題，提出了“波長分區(qū)比率熒光”定量分析方法。該方法利用兩個在組織內(nèi)衰減特征相似的熒光信號進(jìn)行比率校正，同時結(jié)合體外模擬組織校正曲線，為活體內(nèi)熒光定量分析提供了新的解決方案。研究成果“Anti-quenching NIR-II molecular fluorophores for in vivo high-contrast imaging and pH sensing”于2019年3月在線發(fā)表在Nature Communications期刊上。 圖1. (A) 抗淬滅近紅外二區(qū)分子熒光探針設(shè)計；(B) 用于活體高分辨率淋巴成像；(C) 活體4毫米深度下進(jìn)行胃酸的無創(chuàng)比率熒光傳感分析；(D) 胃酸pH的精確解析。
 
參考文獻(xiàn):
Shangfeng Wang, Yong Fan, Dandan Li, Caixia Sun, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Ting Wang, Fan Zhang*.  Anti-quenching NIR-II Molecular Fluorophores for in vivo High-contrast Imaging and pH Sensing. Nat. Commun., 2019, 10, 1058.  
            文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了小鼠活體的高分辨率淋巴管成像，并在無創(chuàng)的4 mm組織深度下實現(xiàn)了胃酸定量檢測。
該小動物活體成像系統(tǒng)功能強(qiáng)大，相機(jī)性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機(jī)可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。自主開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。同時該成像系統(tǒng)應(yīng)用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，成像功能亦可進(jìn)一步升級擴(kuò)展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)能夠應(yīng)用于活體小動物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等研究。