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原来NIR-II荧光染料还有这种效果!

小丰 先丰纳米 2022-11-09

相信很多人对于磁共振成像(MRD)、计算机断层扫描(CT)及超声成像(US)并不陌生,MRI、CT和US是临床检查中使用最多的成像手段,在有无造影剂的条件下都可以进行成像,为疾病提供了更加全面的解剖和功能信息,有助于病变的早期精准诊断、病理生理过程监测和疗效评估。



但这些检测方法存在各自的局限性,如X射线成像或其他方法对早期肿瘤无法进行精确的探测,无法区分良性与恶性肿瘤;超声波对线性尺寸小于几毫米的物体的分辨率较差;MRI应用时需要超导磁,所以MRI使用成本很高。

荧光成像的近红外荧光探针有望解决上述问题。荧光成像由于其灵敏度高、分辨率高及操作简单等优点,在生物分子检测成像、药物分布代谢跟踪、疾病检测和诊断,特别是癌症早期诊断和影像引导治疗中,具有良好应用前景。近10年来,荧光成像技术主要集中在近红外窗口,这是因为与可见光相比,发射波长在近红外二区(NIR-II)的荧光探针可以提高成像的时空分辨率(约20ms和约25mm)以及穿透深度(高达3cm),从而获得比NIR-I更好的图像质量和更高的信背比。



NIR-II荧光染料是指荧光发射位于近红外二区(1000-1700nm)的染料。随着NIR-II荧光成像技术的飞速发展,发射光谱处于NIR-II通道的各种荧光探针也随之逐渐增加荧光探针通常是以荧光染料母核为基础,然后进行结构的修饰和衍生从而使其具有识别某种活性分子的功能。目前NIR-II荧光染料主要可分为有机荧光材料和无机纳米颗粒两种类型。其中,有机荧光染料包括花菁素类染料、给体-受体-给体(D-A-D)共轭结构类染料、酞菁等类别,无机荧光染料包括碳纳米管、稀土纳米颗粒、量子点等类别。在这些NIR-II生物成像材料中,有机荧光染料在可修饰性、潜在的临床转化等方面具有独特的优势。

花菁素染料

花菁素染料的荧光发射峰在近红外一区(700-1000nm),但是发射边可延伸到NIR-II,可用作NIR-II荧光染料。其中最具代表的分子染料是获得FDA批准临床应用的吲哚菁绿ICG,该分子的荧光发射峰在800nm左右,发射边可延伸至NIR-II。花菁染料具有较高的吸收系数,不同的取代基具有控制发色团的性能。

D-A-D类染料

D-A-D类染料在所有低能带隙的分子中,给体-受体结构的荧光团吸引了广大研究人员的兴趣。此类型荧光团能隙水平处于可调的NIR-I/II区域,并且其它的性质能够通过改变给体与受体的结构进行调节。为了进一步降低能带隙,研究人员设计了具有增加电子离域作用的D-A-D结构以制备新型NIR-II荧光分子。



理想的临床NIR-II荧光探针应具有较长的荧光发射、良好的光稳定性、高量子产率及肿瘤特异性富集等特点,有望实现更好的术中导航成像效果,从而辅助医生更灵敏和更精确地定位肿瘤组织,满足高特异性的肿瘤诊疗一体化应用需求。尽管目前NIR-II荧光成像取得一些进展,但在临床中的应用仍非常有限,仍需更多的努力来解决存在的问题,我们期待NIR-II荧光探针尽早在临床中得到应用!

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