苏州大学李盛亮教授团队《Adv. Mater.》：近红外二区纳米探针长波长分子设计

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近红外光学技术具备良好的生物适应性以及高精准度，已经发展成为一种举足轻重的分子影像手段。相对于近红外一区（NIR-I，700-1000 nm），近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）方法可以提供更高质量生物活体成像，这主要得益于NIR-II本身特有的弱背景荧光、低光子散射与高穿透深度。因此，基于NIR-II技术的分子影像能在信噪比、分辨率和穿透深度等多方面实现显著性性能提升。过去几年的研究已经表明近红外二区成像以及工具是实现更深更精准的生物成像与检测的重要技术方法。但当前的探针材料仍然缺乏有效的亮度和长波长属性，极大地限制了NIR-II技术在生物医学领域的进一步应用。

近日，苏州大学药学院李盛亮教授、香港城市大学李振声教授与浙江大学钱骏教授合作在Advanced Materials（IF: 30.849）上发表了题为“Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500 nm”的研究论文。该论文系统性探索了近红外二区高亮度分子探针的原子编程效应在NIR-II波长和亮度的方面的内在关联与内在光化学机制，获得了一类光学属性可调控、高性能的NIR-II探针。在此基础上，该研究团队进一步研究了上述NIR-II探针在NIR-IIb波长（1000-1700 nm）下的活体微观组织生物可视化呈现，实现了活体全身血管、胆道系统以及脑部血管动力学高分辨影像。

基于该团队的前期基础，研究者首先设计合成了具有A-D-A骨架结构的近红外二区发光探针母体，并进一步采用硒和氟原子工程方法改造所得的近红外二区发光探针母体，通过增强A-D-A分子内电荷转移实现带隙降低。采用该团队成熟的纳米技术进一步制备了高稳定的水溶性NIR-II纳米荧光探针材料，且该荧光探针具有高亮度、长波长(超过1500 nm)的NIR-II发光性能。研究者采用近红外二区活体成像系统与显微镜系统进一步对全身血管以及膀胱胆道系统进行了高分辨的可视化成像，并取得了较高分辨率的血管血流动力学高速成像分析。

本文要点

1）硒和氟原子工程方法改造所得的近红外二区发光探针母体，通过增强A-D-A分子内电荷转移实现带隙降低。

2）原子置换工程NIR-II分子探针实现NIR-II高亮度和长波长发光属性。

3）水溶性纳米技术制备了高稳定的NIR-II纳米荧光探针材料，且该荧光探针具有高亮度、长波长(超过1500 nm)的NIR-II发光性能与高分辨率的全身血管造影。

4）高亮度NIR-II纳米探针实现了局部血管及膀胱胆道系统的高分辨可视化成像。

该研究为新型近红外二区有机荧光探针的设计合成以及高分辨生物成像提供了一种新的思路和有效工具。

论文第一作者为苏州大学袁奕博士（现任职南华大学）和浙江大学博士生冯哲，论文通讯作者为苏州大学李盛亮教授、浙江大学钱骏教授和香港城市大学李振声教授。苏州大学为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金以及香港大学教育资助委员会研究基金的资助支持。

论文信息

Yi Yuan, Zhe Feng, Shengliang Li,* Zhongming Huang, Yingpeng Wan, Chen Cao, Sien Lin, Lan Wu, Jing Zhou, Liang-Sheng Liao, Jun Qian,* Chun-Sing Lee*, Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500 nm. Advanced Materials 2022, 202201263.

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201263

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