近紅外二區(qū)熒光多重成像技術(shù)可以同時(shí)對(duì)活體深層組織內(nèi)的兩個(gè)或者多個(gè)生物過(guò)程進(jìn)行定性和定量的研究，因此，對(duì)于科研人員更好的理解疾病的發(fā)生機(jī)制、進(jìn)行藥物的篩選以及臨床上的精確診斷具有重要的意義。然而，由于缺乏在水溶液中具有完整吸收光譜以及良好光譜分離的高亮度近紅外二區(qū)染料，活體深層組織下的近紅外二區(qū)熒光多重成像具有很大的挑戰(zhàn)性。
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一系列長(zhǎng)波長(zhǎng)的七甲川菁染料，并通過(guò)反離子配對(duì)策略有效增強(qiáng)了染料在水溶液中的光物理學(xué)性質(zhì)。最后，通過(guò)結(jié)合反離子配對(duì)的染料和激發(fā)波長(zhǎng)相匹配的激光器構(gòu)建了近紅外二區(qū)激發(fā)雙色成像系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)成功地用于同時(shí)成像小鼠的血液循環(huán)系統(tǒng)和代謝器官、腫瘤和腫瘤附近的血管系統(tǒng)、小鼠后肢的淋巴系統(tǒng)和血管系統(tǒng)。這是首次在活體深層組織內(nèi)實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)激發(fā)和近紅外二區(qū)發(fā)射的熒光多重成像。該研究成果于2022年3月16日以“Counterion-paired Bright Heptamethine Fluorophores with NIR-II Excitation and Emission Enable Multiplexed Biomedical Imaging”為題在線(xiàn)發(fā)表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上。
團(tuán)隊(duì)基于七甲川菁染料為母體設(shè)計(jì)了九種菁染料分子（命名為HC）。為了評(píng)估反離子配對(duì)的HCs染料的近紅外二區(qū)激發(fā)成像性能，分別研究了模擬生物組織和真實(shí)生物組織中的光學(xué)穿透性能以及活體成像性能，結(jié)果表明反離子配對(duì)的染料膠束擁有更高的亮度。此外，小鼠的全身血管成像結(jié)果證明了反離子配對(duì)策略提高染料成像性能的有效性，為近紅外二區(qū)激發(fā)的多重生物成像做好了準(zhǔn)備。
團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)合反離子配對(duì)的染料和激發(fā)波長(zhǎng)相匹配的激光器構(gòu)建了近紅外二區(qū)激發(fā)雙色成像系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)成功地用于同時(shí)成像小鼠的血液循環(huán)系統(tǒng)和代謝器官、腫瘤和腫瘤附近的血管系統(tǒng)、小鼠后肢的淋巴系統(tǒng)和血管系統(tǒng)。
總之，團(tuán)隊(duì)共設(shè)計(jì)合成了九個(gè)具有近紅外二區(qū)發(fā)射的七甲川菁染料，并通過(guò)反離子配對(duì)策略增強(qiáng)了染料在水溶液中的光物理學(xué)性質(zhì)。通過(guò)結(jié)合反離子配對(duì)的染料和激光器構(gòu)建了近紅外二區(qū)激發(fā)雙色成像系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)成功地用于同時(shí)成像小鼠的血液循環(huán)系統(tǒng)和代謝器官、腫瘤和腫瘤附近的血管系統(tǒng)、小鼠后肢的淋巴系統(tǒng)和血管系統(tǒng)，首次在活體深層組織內(nèi)實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)激發(fā)和近紅外二區(qū)發(fā)射的熒光多重成像。該研究拓展了熒光多重成像的能力，為活體深層組織內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)成像提供了新的機(jī)會(huì)。
參考文獻(xiàn)
Yang Yang#, Caixia Sun#, Shangfeng Wang*, Kui Yan, Mengyao Zhao, Bin Wu and Fan Zhang*. Counterion-paired Bright Heptamethine Fluorophores with NIR-II Excitation and Emission Enable Multiplexed Biomedical Imaging. Angew. Chem. Int.Ed. , 2022, 61, e202117436.
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