傳統(tǒng)熒光成像已成為生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中不可或缺的工具。然而,外部實(shí)時(shí)激發(fā)的需求導(dǎo)致內(nèi)源性分子產(chǎn)生高背景自熒光,導(dǎo)致成像靈敏度降低,成像深度受限。因此,在沒有實(shí)時(shí)激發(fā)的情況下檢測(cè)自主發(fā)光發(fā)射的自發(fā)光成像方式引起了越來越多的研究關(guān)注。然而,它們各有利弊。例如,化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光成像依賴于特定底物或酶的生物分布;而Cerenkov發(fā)光成像由于放射性同位素的電離輻射而面臨生物安全問題。余輝成像技術(shù)是一種強(qiáng)有力的替代方法,它可以在去除激發(fā)源后檢測(cè)探針的發(fā)射。除了最小化背景噪聲外,余輝成像還提供穩(wěn)定的發(fā)光信號(hào)和最小的體內(nèi)檢測(cè)侵入性。有室溫磷光(RTP)的無金屬有機(jī)發(fā)光劑可以作為一類良性余輝探針,避免了無機(jī)納米粒子通常面臨的毒性問題。盡管RTP具有很大的優(yōu)點(diǎn),但大多數(shù)RTP分子在紫外或可見光范圍內(nèi)發(fā)射,因此成像深度較淺。

最近,武漢大學(xué)/天津大學(xué)李振教授、李倩倩副教授和新加坡南洋理工大學(xué)浦侃裔教授在《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“Room‐Temperature Phosphorescence Resonance Energy Transfer for Construction of Near‐Infrared Afterglow Imaging Agents”的通訊,提出了一種發(fā)射近紅外光的有機(jī)RTP納米探針(mTPA-N),用于體內(nèi)余輝成像。這種探針由RTP分子(mTPA)產(chǎn)生磷光,近紅外熒光染料作為能量受體,以實(shí)現(xiàn)室溫磷光共振能量轉(zhuǎn)移(RT-PRET),最終在780nm處產(chǎn)生紅移磷光發(fā)射。由于在生物透明窗口中消除了背景噪聲和紅移余輝發(fā)光,因此mTPA-N能夠以高信噪比成像活體小鼠淋巴結(jié)。該研究為利用RT-PRET將有機(jī)RTP發(fā)光劑發(fā)展成近紅外余輝成像劑開辟了一條通用途徑。

李振、李倩倩團(tuán)隊(duì)《AM》:從室溫磷光到近紅外發(fā)光,實(shí)現(xiàn)高信噪比余輝成像

圖文導(dǎo)讀

納米探針mTPA-N由有機(jī)RTP分子N,N-雙(4-甲氧基苯基)-3-甲基-4(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基)苯胺(mTPA)和近紅外熒光染料硅2,3-萘酞菁雙(三己基硅氧化合物)(NCBS)組成。mTPA和NCBS分別作為RT-PRET的能量供體和受體。

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體內(nèi)成像的PRET策略。

mTPA晶體具有RTP特性,在395和515nm處出現(xiàn)熒光和磷光發(fā)射峰,壽命分別為1.6ns和25.3ms。mTPA的磷光源于具有C-H···O相互作用的剛性分子聚集體

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mTPA晶體的光物理性質(zhì)。

mTPA晶體經(jīng)NCBS熒光染料摻雜,并在兩親三嵌段共聚物F127的幫助下,通過由上而下的方法,在無脫氣的情況下轉(zhuǎn)化為水分散納米粒子(mTPA-N)。納米粒子沒有明顯的細(xì)胞毒性,表明其在生物應(yīng)用中的潛力。mTPA-N納米粒子在近紅外區(qū)域的780 nm左右具有最大吸收峰,這與NCBS在稀釋四氫呋喃溶液中的吸收峰相對(duì)應(yīng)。mTPA-N納米粒子在近紅外范圍內(nèi)顯示出較強(qiáng)的發(fā)射帶,在780 nm處有強(qiáng)烈的峰值,量子產(chǎn)率為10.74%。mTPA納米粒子的余輝發(fā)射光譜和NCBS溶液在稀釋四氫呋喃溶液中的吸收光譜存在部分重疊,因此提供了實(shí)現(xiàn)RT-PRET的可能性。mTPA-N納米粒子的能量轉(zhuǎn)移效率為11.1%。

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mTPA-N納米粒子的制備方法及光物理性質(zhì)。

mTPA-N納米粒子被應(yīng)用于體內(nèi)實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證在活體小鼠體內(nèi)成像的能力。mTPA-N納米粒子皮下注射到麻醉活體小鼠。在小鼠身上紫外線照射5s后,立即在活體成像系統(tǒng)上以生物發(fā)光模式捕捉活體小鼠的余輝圖像。由于消除了實(shí)時(shí)激發(fā),這些納米粒子的余輝可以避免生物自熒光,從而顯示出較低的背景噪聲,信噪比為51.23。進(jìn)一步評(píng)估了mTPA-N納米粒子余輝在活體小鼠淋巴結(jié)實(shí)時(shí)定位中的應(yīng)用。將mTPA-N納米粒子注射到麻醉活體小鼠的前爪中。注射后1h,去除光源,在活體成像系統(tǒng)上以生物發(fā)光模式拍攝活體小鼠的余輝圖像。腋窩淋巴結(jié)可以清晰地描繪出mTPA-N納米粒的余輝,并與正常組織區(qū)分開來。余輝引導(dǎo)淋巴結(jié)成像的信噪比高達(dá)104.40,背景噪聲極低。

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mTPA和mTPA-N納米粒子的活體光學(xué)成像。

亮點(diǎn)小結(jié)

總之,作者介紹了一種利用近紅外余輝發(fā)射制備無金屬納米粒子的通用RT-PRET策略。通過將RTP分子的短波長(zhǎng)磷光發(fā)射轉(zhuǎn)化為近紅外熒光發(fā)光材料來實(shí)現(xiàn)的。mTPA-N具有極低的背景噪聲和深入的組織滲透性,能夠以高達(dá)104.40的信噪比對(duì)淋巴結(jié)進(jìn)行近紅外余輝成像。該研究為開發(fā)基于RTP分子的近紅外發(fā)射余輝探針提供了一個(gè)通用的策略。

 

全文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006752

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