NIRII反离子对七甲川菁染料用于小鼠的多路荧光成像

本文摘要：研究进展：高信噪比的深层组织荧光成像在活体生物学研究和临床诊断中具有重要意义，但生物学组织的光学不透明度给其成像带来了挑战。相关文献报告显示，NIR-II光谱窗口在1000-1350nm和1500-1···

　　研究进展：高信噪比的深层组织荧光成像在活体生物学研究和临床诊断中具有重要意义，但生物学组织的光学不透明度给其成像带来了挑战。相关文献报告显示，NIR-II光谱窗口在1000-1350nm和1500-1700nm范围内，具有较长的激发波长和较长的衰减长度，因此可以实现更深的成像深度。NIR-II荧光多路生物成像可以同时研究活体动物的细胞迁移、动态解剖和代谢特性。然而，基于NIR-II窗口光谱的多路荧光成像仍然具有挑战性，因为NIR-II窗口中缺乏一组不同的兼容性荧光团。

　　为了克服这一挑战，NIR-II荧光组应具有以下性质：(1)在NIR-II窗口中**的分离吸收和发射峰值;(2)具有良好的形状和均匀的间隔光谱;(3)在水溶液中具有足够的亮度。近年来，多甲川花菁荧光组在多路荧光成像中得到了广泛的应用，因为它具有强烈的摩尔消光系数、高亮度和稳定的波长调谐性。为了实现实时、高对比度的NIR-II成像，人们通过改造经典的吲哚绿骨架，如增加次级甲基的长度或修改末端杂环，使波长红移和荧光亮度得到改善。然而，大量的研究发现，波长红移与水溶液中的光谱形状和亮度之间存在平衡。为了实现波长红移，需要延长次级甲基链和杂环基团上的共度长度，但这增加了水染料的自聚集性，使吸收光谱变宽，亮度变弱。

　　解决办法：为了解决这一挑战，笔者**了一系列七甲川菁染料HCS，基于对结构-性质关系的探索。其中，笔者先将五元桥环引入七甲川菁系统，增强了荧光团的光稳定性和化学稳定性。在此基础上，引入4,6-二苯替代的α-花青素支架，驱动NIR-II窗口的中间区域发射。随后，通过用硫(α-α-硫代花青素支架)替代杂原子(X)氧(O)，进一步实现较大的吸收和发射红移，并利用不同的基团替代末端杂环，对光谱特性进行精细调整。上述调控使HCS在NIR-II窗口的1180-1376nm范围内具有可调节的激发和发射光谱。此外，通过反离配对策略，笔者将光谱分离的荧光团与体积较大的四(五氟苯基)硼酸盐(F5-TPB)进行反离子交换，得到的纳米颗粒HC122/F5/F5-TPB和HC1342/F5/TPB在水溶液中的亮度分别比其母体形式增强14倍和13倍，并显示出良好的光稳定性。(图2)在1120nm和13119nm的激发下，将HC122/F5-TPB和HC1342/F5-TPB用于活小鼠的双色荧光成像，在1120nm和13119nm的激发下，成功实现了对活小鼠循环系统、*巴结构、肿*和器官功能的高对比度双色荧光成像。这使HCS成为一个有前景的无创生物成像平台。(图3)

　　

　　图1：(a)NIR-II HCs的分子骨架和化学结构;HCs的归一化吸收光谱(b)和荧光发射光谱(c)。

　　

　　图2：(a)HCs的反离子交换策略(TPB，F5-TPB 作为反离子);(b)与F5-TPB进行反离子交换前后HC1222/F5-TPB和HC1342/F5-TPB纳米粒子的荧光亮度比较;(c)HC1222/F5-TPB和HC1342/F5-TPB纳米粒子的光稳定性研究。

　　

　　图3：(a)代谢系统的双色成像方案示意图;(b)4T1肿*小鼠的双通道成像;(c)*巴管和后肢血管的双通道成像。(红色通道: HC1222/F5-TPB，青色通道: HC1342/F5-TPB;Scale bar，5 mm。)

　　结论：基于结构-性质关系的研究，**了一系列在1180-1376nm范围内可调谐激发和发射光谱的七甲川精染料，并通过与体积较大的F5-TPB进行反离子交换，降低了七甲川精染料在水溶液中的自聚集和极化，大大提高了荧光染料的荧光亮度和光稳定性。由于亮度和长度吸收的增强，基于NIR激发和NIRII发射的高信噪音比双色成像在活鼠中成功实现。这项研究扩大了光学多路复用的能力，为深层组织的生物医学成像开辟了新的道路。

　　参考文献：Fan Zhang et al. Counterion-paired bright heptamethine fluorophores with NIR-II excitation and emission enable multiplexed biomedical imaging. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, DOI: 10.1002/anie.202117436.

公司介绍：

西安齐岳生物科技有限公司是集化学科研和定制与一体的高科技化学公司。业务范围包括化学试剂和产品的研发、生产、销售等。涉及产品为通用试剂的分销、非通用试剂的定制与研发，涵盖生物科技、化学品、中间体和化工材料等领域。
主营产品：COF、MOF单体系列：三蝶烯衍生物、金刚烷衍生物、四苯甲烷衍生物、peg、上转换、石墨烯、光电材料、点击化学、凝集素、载玻片、蛋白质交联剂、脂质体、蛋白、多肽、氨基酸、糖化学等。