聚集诱导发光效应的高效深红/近红外染料在生物活体成像上的应用

荧光成像技术依赖于荧光染料的发光，开拓了实时跟踪和观察生物体内的特定的生物过程和复杂分子事件的渠道。高效的深红/近红外荧光探针（发射波长> 650 nm），能够很大程度上克服生物底物的生物吸收、光学散射和自发荧光的干扰。常见的荧光探针，主要包括荧光蛋白、无机量子点和有机染料。但是荧光蛋白不太稳定，容易被生物体内的酶分解，而无机量子点存在潜在的生物毒性和荧光闪烁的问题。有机荧光染料可以尽可能的避免上述问题，但是，它的聚集态的形成通常会导致聚集引起荧光淬灭（ACQ）的问题。

聚集诱导发光（AIE）现象的发现，解决了很多ACQ的问题。迄今为止，已经有很多蓝光和绿光的AIE分子，为了不同的目的被设计和合成出来。然而，它们因其较短的激发和发射波长，并不适合于生物活体成像。

近年来，苯并噻二唑（BTD）基团作为重要的电子受体，广泛应用于设计红光和近红外的发光材料。简单的将BTD分子结构中的硫原子替换成硒原子，就能够获得拥有更高极性的苯并硒二唑（BSD）官能团。它将更加有利于促进分子内的电荷转移，获得更加红的吸收和发射，从而开启生物研究的光学窗口（>650 nm）。一些含有BSD官能团的发光衍生物已经在细胞成像和离子检测方面应用。但是，具有聚集诱导发光的含硒深红/近红外染料在活体生物成像方面的应用却尚未见报道。为了丰富聚集诱导发光的深红/近红外探针的种类，探索它们在生物成像领域方面的应用，浙江大学钱骏教授（点击查看介绍）和香港科技大学唐本忠院士（点击查看介绍）研究团队设计和合成了聚集诱导发光效应的含硒深红/近红外染料TTSe。这种含硒深红/近红外染料能够方便的制作成聚集诱导发光性质的纳米颗粒，这些纳米颗粒表现出高的亮度、大的斯托克斯位移、良好的生物兼容性和光稳定性的特征。

前哨淋巴结的精确定位对于癌症的诊断和治疗有着非常重要的指导意义。与先前使用无机量子点作为荧光探针不同，研究团队使用TTSe纳米颗粒作为荧光探针，用于小鼠前哨淋巴节定位。在注射TTSe纳米颗粒以后，荧光信号20分钟内迅速增强，45分钟达到最大值，荧光信号增强近25倍，表现出高的成像信噪比。荧光信号60分钟后迅速下降，24小时后几乎完全消失。

为了理解常见的脑部血管疾病过程，TTSe纳米颗粒用作荧光探针观察活体小鼠脑部血管。通过双光子成像技术，在注射TTSe纳米颗粒30分钟后，即可通过荧光信号观察小鼠脑部血管的情况，获得不同深度的高清晰度脑部血管荧光图片。通过计算机重建，获得了活体小鼠的3D脑部血管成像图的总体空间信息，这包含了主要血管系统和毛细血管的细节信息。TTSe纳米探针使用双光子成像技术，成功的实现了活体小鼠脑部血管成像，表现出高对比度和高穿透深度的特性。现在的研究成果为开发聚集诱导发光的深红/近红外染料提供了一个新的创新平台。

这一研究工作近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是香港科技大学秦玮博士和浙江大学努尔尼沙•阿力甫博士。通讯作者为浙江大学钱骏教授和香港科技大学唐本忠院士。该工作获得国家自然科学基金（51622305, 21788102, 21490570, 21490574，51873092），香港大学资助委员会（AoE/P-03/08），香港研究资助局 (16308016, C6009-17G, N-HKUST604/14, A-HKUST605/16)，创新技术委员会 (ITC-CNERC14SC01, ITCPD/17-9, ITS/254/17) ，国家基础研究项目（2015CB856503）和深圳市科技计划（JCYJ20160229205601482, JCY20170818113602462）等项目资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Synthesis of an efficient far-red/near-infrared luminogen with AIE characteristics for in vivo bioimaging applications

Wei Qin, Nuernisha Alifu, Yuanjing Cai, Jacky W. Y. Lam, Xuewen He, Huifang Su, Pengfei Zhang, Jun Qian, Ben Zhong Tang

Chem. Commun., 2019, 55, 5615-5618, DOI: 10.1039/C9CC02238D

导师介绍

钱骏

https://www.x-mol.com/university/faculty/48486

唐本忠

https://www.x-mol.com/university/faculty/49585