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光照超声响应——新的科研手段?

光学和超声成像是十分成熟的医疗技术,对于现代医学来讲有着不可替代的作用。那么,当激光与超声结合在一起,会产生什么样的效果?Photoacoustic——光响应超声在近年来成为了一种新的医疗成像手段,且相比于激光诱导的荧光成像,光声成像产生的超声信号有更突出的组织穿透能力,有很高的潜在应用性,但是学术界对这一领域暂时关注较少。

最近,美国Illinois大学Jefferson Chan教授设计并合成了一种高效的Cu2+光声探针(APCs),它们可以吸收近红外辐射发出超声波。

图注:6指的是APC1脱去蓝色部分2-吡啶甲酰基的酚负离子


可以看到,APC1在680nm处有较强吸收,而当Cu2+催化水解掉酰基,得到的化合物6在755nm处有强烈吸收,实际应用时取755/680超声响应比值的变化值,可以看到明显的响应。


回过头来则可以看到作者的设计思路,首先黑色部分的aza-BODIPY染料核心在水中具有光声响应性;然后选取了2-吡啶甲酸酯这一金属敏感基团;并且为了保证水解后是酚负离子形式,选取双氯代的染料,其pka约4.35,可以在生理pH正常使用;当然,APC1分子的水溶性太差,所以作者又测试了一些亲水基团,最终筛选出磺化三缩乙二醇链,得到APC2分子,其合成路线如下。

APC2的吸收峰分别位于697nm和767nm,它在1当量的Cu2+存在下,两个波长下光声响应值的比值可以变化91.3倍,这是十分显著的。并且,在使用模拟组织的培养基以及鸡肉组织进行试验时,可以在超过1cm的深度处产生明显的光声响应。

图注:a为680nm照射的响应值,b为750nm照射的响应值,均为琼脂基1cm深度检测


同时,作者也发现APC2对Cu(II)有很强选择性,其余二价离子或Cu(I)均不会产生明显的催化水解。

此外,化合物在水中荧光较弱,只有15%的能量以荧光形式损失,这保证了其较高的光声响应性能,而其荧光在组织中几乎不能检测到,侧面佐证了光声响应用于活体的穿透能力优势。


这是第一例的可能用于活体检测的光声响应小分子的报道,作者也提到,对于Cu(II)的检测可能对于理解和诊断阿尔兹海默症有一定帮助,但是,更值得注意的是,光声响应这一技术手段可能在科研工作中有更多的应用,他也呼吁大家一起关注这一新的领域。


本文刊于美国化学会志,原文链接

http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b10504


(本文由 小朱 投稿)


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