新型納米熒光探針實(shí)現(xiàn)超亮近紅外二區(qū)血管成像_abio生物試劑品牌網(wǎng)
熒光成像技術(shù)因其非侵入性、高靈敏度和實(shí)時可視化能力，已成為生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷的重要工具。近年來，近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光成像因其在深層組織成像中的獨(dú)特優(yōu)勢而備受關(guān)注。然而，熒光分子在聚集態(tài)下的發(fā)射猝滅（ACQ）問題一直是制約技術(shù)發(fā)展的瓶頸。如何在聚集態(tài)下實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的熒光發(fā)射，成為科研領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。
聚焦于一項(xiàng)突破性研究，該研究通過調(diào)控?zé)晒夥肿拥木奂瘧B(tài)結(jié)構(gòu)，成功解決了ACQ問題，并開發(fā)出一種超亮的NIR-II納米熒光探針。這項(xiàng)工作不僅為NIR-II成像技術(shù)提供了新的解決方案，還為未來熒光材料的設(shè)計(jì)提供了重要啟示。通過深入解析研究背景、技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們將帶您了解這項(xiàng)研究如何推動NIR-II成像技術(shù)邁向新的高度。
研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
NIR-II成像的優(yōu)勢與局限
NIR-II窗口的光子散射較少，組織穿透深度更大，背景噪聲更低，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的深層組織成像。然而，現(xiàn)有的NIR-II熒光分子在實(shí)際應(yīng)用中往往面臨嚴(yán)重的ACQ問題。
ACQ現(xiàn)象通常由熒光分子的聚集引起，分子間的緊密接觸導(dǎo)致非輻射能量損失增加，熒光量子產(chǎn)率顯著下降。傳統(tǒng)的解決策略包括引入bulky替代基團(tuán)或設(shè)計(jì)扭曲結(jié)構(gòu)的聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子，但這些方法往往導(dǎo)致吸收能力減弱或亮度不足。
4F分子的設(shè)計(jì)與性能
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種名為 4F的環(huán)融合熒光分子，該分子具有擴(kuò)展的π共軛結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)烈的長波長吸收和發(fā)射。4F分子的平面結(jié)構(gòu)和分子內(nèi)非共價相互作用使其具有高熒光量子產(chǎn)率和低非輻射能量損失。
技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
4F納米顆粒的制備與表征
研究團(tuán)隊(duì)將4F分子封裝到兩親性共聚物PluronicF-127中，形成水溶性納米顆粒（4FNPs）。通過動態(tài)光散射和透射電子顯微鏡確認(rèn)了納米顆粒的均勻性，其水動力直徑約為50nm。
通過 光譜分解和分子動力學(xué)模擬，研究發(fā)現(xiàn)4F納米顆粒中的熒光發(fā)射主要由單體和二聚體共同貢獻(xiàn)，其中二聚體占主導(dǎo)地位。二聚體不僅具有較弱的熒光發(fā)射能力，還表現(xiàn)出強(qiáng)烈的分子間非輻射衰減。
調(diào)控二聚體比例以緩解ACQ
研究團(tuán)隊(duì)通過降低 4F在共聚物中的摻雜濃度，成功減少了二聚體的比例，開發(fā)出亮度更高的 4F NP3s 納米顆粒。 4F NP3s 的 NIR-II亮度是臨床批準(zhǔn)的5倍。
成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
4F NP3s的生物相容性與光穩(wěn)定性
4F NP3s在體外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的生物相容性，即使在高濃度下也未觀察到明顯的細(xì)胞毒性。此外，4F NP3s展現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定性，長期保存后熒光強(qiáng)度和光譜形狀幾乎無變化。
在小鼠模型中， 4F NP3s 通過尾靜脈注射后，在 NIR-IIb窗口（1500nmLP）提供了清晰的血管可視化，顯著降低了背景噪聲，提高了信噪比。相比之下，傳統(tǒng)的NIR-II窗口（980和1300nmLP）的成像效果較差。
深層腫瘤成像實(shí)驗(yàn)
4F NP3s在深層腫瘤成像中表現(xiàn)出色，通過增強(qiáng)滲透性和保留效應(yīng)在腫瘤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)有效積累。注射后24小時，腫瘤區(qū)域的熒光信號達(dá)到峰值，并在36小時后仍保持滿意的亮度，顯示出其作為長期NIR-II成像探針的潛力。
總結(jié)與展望
研究標(biāo)志著NIR-II熒光探針開發(fā)進(jìn)入機(jī)理驅(qū)動的新階段。通過飛秒光譜與量子計(jì)算的多尺度解析，首次闡明二聚體在ACQ中的核心作用，顛覆了傳統(tǒng)“聚集量決定淬滅度”的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知。所建立的“濃度-堆積-亮度”定量關(guān)系模型，為后續(xù)探針設(shè)計(jì)提供了普適性指導(dǎo)原則。4F NP3s的亮度值，不僅刷新有機(jī)小分子探針的紀(jì)錄，更達(dá)到臨床常用稀土基探針的85%，展現(xiàn)出巨大的轉(zhuǎn)化潛力。在光電領(lǐng)域，二聚體調(diào)控策略為有機(jī)發(fā)光二極管的效率提升開辟新路徑；在能源領(lǐng)域，該發(fā)現(xiàn)對有機(jī)光伏電池的界面工程具有啟示意義，通過精準(zhǔn)控制給受體分子堆積，可減少非輻射復(fù)合損失。
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Miao X, Jia M, Weng X, Zhang J, Pan Y, Zhao H, Yu Z, Fan Q, Hu W. Alleviating NIR-II emission quenching in ring-fused fluorophore via manipulating dimer populations for superior fluorescence imaging. Light Sci Appl. 2025 Mar 4;14(1):109.
DOI:10.1038/s41377-025-01787-0.
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