近红外荧光生物成像研究进展
荧光成像技术在生物学研究中的应用
荧光成像技术在生物学研究中的应用荧光成像技术是一种重要的生物学研究手段。
该技术通过利用荧光染料的特殊性质，在生物体内标记感兴趣的分子，并通过成像技术来研究这些分子在细胞和组织层面上的功能和动态变化。
随着技术的不断发展，荧光成像技术在生物学研究中的应用越来越广泛，不仅帮助科学家们深入了解生命科学的各个方面，同时也对临床医学和药物研究产生了重要的影响。
一、荧光成像技术的优势相对于其他成像技术，荧光成像技术具有以下优势：1. 非破坏性：荧光成像技术使用的荧光染料不会对生物样本造成破坏，可以在生物样本中实现实时检测；2. 高灵敏度：荧光成像技术可以探测到分子水平的变化，检测灵敏度高；3. 高分辨率：荧光成像技术可以实现在细胞和组织层面上的高分辨率成像，可以对分子的微小变化进行观察。
二、 1. 细胞成像荧光成像技术在细胞成像中得到了广泛应用。
对于许多生命过程，如细胞增殖、细胞运动、细胞分化等，荧光成像技术都可以提供非常有力的帮助。
例如，通过使用Green Fluorescent Protein（GFP）标记细胞，可以实现对细胞增殖、细胞运动、细胞分化这些生命过程的实时监测。
2. 蛋白质交互作用研究荧光成像技术可以用于研究蛋白质分子之间的交互作用。
例如，通过利用荧光共振能量转移（FRET）技术，可以研究蛋白质相互作用的动态过程和空间结构。
这种技术可以在活细胞内实现，非常适合研究蛋白质相互作用过程中重要的生命过程。
3. 分子传输研究荧光成像技术可以用于研究生物分子在细胞内部的运输路线。
例如，可以利用荧光标记来跟踪蛋白质运输的路线，从而深入了解分子转运过程中的分子动力学。
4. 癌症研究荧光成像技术在肿瘤研究中也起着重要的作用。
例如，通过荧光探针技术，可以实现对肿瘤组织及其血管的成像。
这种方法具有非常高的敏感性和亚细胞水平的分辨率，可以为肿瘤导向治疗提供重要的依据。
三、荧光成像技术的发展趋势荧光成像技术的发展正在向更高级别发展。
生物活体成像的技术与进展
生物活体成像的技术与进展生物活体成像技术是指利用现代生物医学技术和成像技术对活体生物的内部结构、生理功能进行观察和研究的方法。
随着生物医学科学的发展和技术进步，生物活体成像技术成为诊断、治疗和监测疾病的重要工具之一，同时也为科学研究提供了更加准确、直观、深入的手段。
本文将介绍生物活体成像技术的类型、原理及其在不同领域的应用。
一、生物活体成像技术的类型生物活体成像技术主要分为以下几类：1、放射性活体成像技术：包括正电子发射断层成像（PET）、单光子发射计算机体层成像（SPECT）等，是利用放射性同位素标记的生物分子对活体进行成像。
2、光学活体成像技术：包括蛋白质荧光标记和近红外荧光成像两种方式，可以对活体内部结构和生理功能进行高分辨率成像。
3、磁共振活体成像技术：包括磁共振成像（MRI）和磁共振波谱（MRS）等，可以对活体内部结构、代谢变化等进行成像和分析。
4、超声活体成像技术：包括超声成像（US）和超声弹性成像（USE）等，是利用超声波对活体进行成像和研究。
二、生物活体成像技术的原理不同类型的生物活体成像技术有不同的原理和方法。
放射性活体成像技术是通过标记放射性同位素，利用该同位素自发放射引发的能量释放和衰变所产生的射线对活体进行成像。
蛋白质荧光标记和近红外荧光成像的原理是将荧光蛋白或其他特定分子标记到感兴趣的生物组织和器官中，然后利用特定的激发光波长激发该荧光物质，得到荧光信号进行成像。
磁共振活体成像技术的原理是利用磁场和射频信号对活体进行成像。
超声活体成像技术则是利用超声波和声学窗口对活体进行成像和研究。
无论是哪种成像技术，其主要原理都是依据成像物质（如荧光物质、同位素、超声等）与活体本身的相互作用，通过不同的成像手段将失真性质的物理信号转化为可视化的图像。
三、生物活体成像技术的应用生物活体成像技术在生物医学研究中有着广泛的应用，以下分别从放射性活体成像、光学活体成像、磁共振活体成像和超声活体成像四个方面介绍其应用样例。
近红外光谱成像进展与将来发展
近红外光谱成像进展与将来发展近红外光谱成像是一种非侵入性的成像技术，结合了光谱分析和成像技术，可用于研究生物组织的结构和功能。
近年来，近红外光谱成像技术得到了广泛关注，并在医学诊断、生物医学研究和工业控制等领域取得了重要的进展。
本文将介绍近红外光谱成像的原理和应用，以及未来的发展方向。
近红外光谱成像的原理基于近红外光在生物组织中的吸收特性。
近红外光波长范围为700到2500纳米，这个波长范围的光能够穿透进入组织中，与组织中的水、脂肪、蛋白质等物质相互作用。
通过检测近红外光的透射或反射，在不同波长下得到的光强度信息可以反映组织中不同成分的含量和分布情况。
近红外光谱成像技术利用光谱的分辨率和成像的空间分辨率，可以获得丰富的信息，为生物医学研究和临床诊断提供了重要的工具。
在医学领域，近红外光谱成像技术被广泛应用于乳腺癌检测、脑功能成像和皮肤病诊断等方面。
乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，近红外光谱成像技术可以通过测量乳腺组织中不同物质的光吸收特性，实现早期乳腺癌的检测和分析。
脑功能成像是研究人脑活动的重要手段，近红外光谱成像技术可以通过监测脑组织中氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的浓度变化，实现对脑功能活动的非侵入性测量。
此外，近红外光谱成像技术还可以用于皮肤病的诊断，通过测量皮肤组织中胆红素、血红蛋白和其他物质的光吸收特性，实现对皮肤病变的检测和分类。
近红外光谱成像技术在农业、食品安全和环境监测等领域也具有广泛应用。
农业领域可以利用近红外光谱成像技术对作物的生长状况和营养水平进行监测，实现精细化管理；食品安全方面，可以通过检测食品中的营养成分和有害物质的含量，实现对食品质量的评估；环境监测方面，可以利用近红外光谱成像技术对水体和大气中的污染物进行监测和预警。
这些应用领域能够提高生产效率，保障食品安全和环境质量。
尽管近红外光谱成像技术已经取得了显著的进展，并在多个领域得到应用，但仍然存在一些挑战和发展方向。
首先，近红外光谱成像技术在样品表面受到散射的影响，需要通过光学技术和图像处理算法进行校正，提高图像质量。
近红外光在生物组织成像中的应用
近红外光在生物组织成像中的应用近红外光（NIR）是指波长范围在700到1000纳米之间的光线。
由于其具有较强的穿透力和较低的组织吸收率，近红外光在生物组织成像中得到了广泛的应用。
本文将探讨近红外光在生物组织成像中的应用，以及其在医学、生物学和科学研究领域的潜在价值。
近红外光在生物组织成像中的应用主要体现在两个方面：近红外光透射成像和近红外光荧光成像。
近红外光透射成像是通过测量近红外光在生物组织中的透射性质来获取影像信息。
这种成像技术可以用于检测和诊断肿瘤、血管疾病和脑功能等。
近红外光荧光成像则是通过注射近红外荧光探针，利用近红外光的荧光特性来观察生物组织的结构和功能。
这种成像技术可以用于研究细胞活动、药物传递和神经元活动等。
近红外光透射成像是一种无创的成像技术，可以在不破坏生物组织的情况下获取高分辨率的影像。
近红外光的穿透力较强，可以穿透皮肤和其他生物组织，达到较深的深度。
这使得近红外光透射成像在临床上具有很大的潜力。
例如，在乳腺癌的早期检测中，近红外光透射成像可以帮助医生观察乳腺组织的血流动态，从而提供早期肿瘤的诊断依据。
此外，近红外光透射成像还可以用于观察脑功能，通过测量脑血流和氧合状态来研究脑功能活动。
近红外光荧光成像是一种通过注射近红外荧光探针来观察生物组织的结构和功能的成像技术。
近红外荧光探针具有较高的光稳定性和较低的背景荧光，可以提供清晰的图像。
近红外光荧光成像在生物学和医学研究中有着广泛的应用。
例如，在细胞活动研究中，近红外光荧光成像可以用于观察细胞内的钙离子浓度变化、蛋白质表达和细胞凋亡等。
此外，近红外光荧光成像还可以用于研究药物在生物组织中的传递和分布情况，为药物研发提供重要的信息。
除了在医学和生物学领域的应用外，近红外光在科学研究中也有着广泛的应用。
例如，在材料科学中，近红外光可以用于研究材料的光学性质、热学性质和电学性质等。
近红外光还可以用于研究环境污染和食品安全等问题。
通过测量近红外光的吸收和散射特性，可以对环境中的污染物和食品中的成分进行分析和检测。
近红外光谱技术在生物领域中的应用研究
近红外光谱技术在生物领域中的应用研究近年来，随着科学技术的不断发展，生物领域的研究也在不断深入。
其中，近红外光谱技术是一种非常有前景的技术，被广泛应用于生物医学领域、食品安全检测、环境污染监测等诸多领域。
本文将重点探讨近红外光谱技术在生物领域中的应用研究。
一、近红外光谱技术简介近红外光谱技术是一种无损检测技术，利用近红外光谱仪将样品反射、散射或透过的光谱信号进行采集、传输、处理及解析后，根据光谱特征进行质量分析、定量分析和成分分析等。
近红外光谱技术充分利用了近红外光谱能区（800-2500nm）的分子振动等特性，因其快速、无损、非破坏性及多元分析等优势，被广泛应用于农业、食品、生物、医药、环境和化学等领域。
二、1. 药物分析近红外光谱技术在药物分析方面具有很大应用前景。
常用的应用有定量分析、成分分析、残留检测和控制质量等方面。
例如，利用近红外光谱技术可以对含有荷包红素的传统汉药饮片进行无损检测，能够快速、准确地鉴别不同产地、不同品种的荷包红素饮片。
2. 生物医学领域近年来，近红外光谱技术在生物医学领域中的研究也越来越深入。
近红外光谱技术可以被用来诊断疾病、检测生物标志物和回收手术剩余物等等。
例如，2015年，一项研究发现，利用近红外光谱技术可以快速可靠地检测血液中葡萄糖水平的变化，这对于糖尿病的预防和治疗非常有帮助。
3. 食品安全检测食品安全是一个重要的问题。
近红外光谱技术可以被用来检测食品中的致病物和非法添加剂等信息。
例如，近年来，用近红外光谱技术检测奶制品中三氯磷等致癌物质的方法得到了广泛的应用和研究。
三、近红外光谱技术的优势和挑战⒈优势：快速、非破坏性、准确性高、环保、可在线检测、高效、成本低等。
⒉挑战：目前缺少可靠性、维护成本高、可靠性不足、标准不完善等。
四、结论近红外光谱技术在生物领域中具有很广阔的应用前景。
虽然该技术还面临着一些挑战，但是随着科学技术的不断发展，这些挑战也将随之逐渐克服。
我国近红外光谱分析技术的发展
我国近红外光谱分析技术的发展近红外光谱分析技术是一种快速、高效、无损的分析方法，被广泛应用于现代社会的各个领域，如食品安全、药物分析、材料科学等。
本文将围绕“我国近红外光谱分析技术的发展”展开，详细介绍该技术在国内外的发展现状、应用领域以及未来发展方向等方面的内容。
近红外光谱分析技术自20世纪70年代问世以来，已经经历了数十年的发展。
目前，全球范围内有许多企业和研究机构在此领域取得了显著成果。
随着科技的不断进步，近红外光谱分析技术也在不断完善，并向更高的精度、更快速的分析速度以及更广泛的应用领域发展。
在我国，近红外光谱分析技术的研究和应用起步较晚，但发展迅速。
目前，我国已经有一些高校和科研机构在此领域取得了重要进展。
其中，以中科院上海药物研究所、中国农业大学、江南大学等为代表的机构和企业，已经在近红外光谱分析技术的多个方面取得了重要成果。
同时，国内也有一些新兴的科技企业开始涉足此领域，进一步推动了近红外光谱分析技术的发展。
近红外光谱分析技术在食品安全、药物分析、材料科学等领域有着广泛的应用。
在食品安全领域，近红外光谱分析技术可用于食品的品质和安全性的快速检测，如农药残留、重金属含量等。
在药物分析领域，近红外光谱分析技术可以对药物进行有效成分的快速鉴定和含量测定，有助于提高药物质量和临床疗效。
在材料科学领域，近红外光谱分析技术可用于材料的结构分析和性能评估，如聚合物的分子量、玻璃化转变温度等。
虽然我国近红外光谱分析技术的发展已经取得了一定的成就，但仍然存在一些问题和挑战。
我国在此领域的专业人才相对较少，需要加强人才培养和引进。
我国在近红外光谱分析技术的自主研发方面还有很大的提升空间，需要加强科技创新和投入。
近红外光谱分析技术的标准化和规范化也是亟待解决的问题，需要制定相应的标准和规范，以保证分析结果的准确性和可靠性。
针对以上问题和挑战，我们提出以下解决方案：加强人才培养和引进：我国应该加大对近红外光谱分析领域的人才培养和引进力度，建立完善的人才培养体系，吸引更多的优秀人才投身于该领域的研究和应用工作。
近红外荧光成像研究
近红外荧光成像研究一、引言生物医学领域的技术研究已经成为了科技创新的重要方向，通过对生物分子的研究和探索，可以更好地理解细胞活动和疾病发生的机制。
其中，一种新兴的技术方法——近红外荧光成像，也被广泛地应用于生物医学领域。
本文将从原理、特点、应用等方面介绍近红外荧光成像技术在生物医学领域中的研究。
二、近红外荧光成像的原理近红外荧光成像是一种基于红外光谱范围内的荧光成像技术。
通常会在原理讲解中介绍其与光谱的相互作用。
激发器通过发射不同波长的光，让样本中的分子吸收光的能量，从而跃迁到更高的激发态。
随后，分子又以荧光的形式发出能量，产生一组不同波长、强度和持续时间的发射光。
而近红外荧光成像的使用范围正是在这种光谱范围内。
同时，荧光成像技术还有一些重要的特点，如对样本的侵入性小、获取图像的速度快、对生物组织影响较小等等，使得其在现代生物医学学科研究中成为一种重要的成像技术.三、近红外荧光成像的应用1. 分子成像近红外荧光成像在分子成像方面的应用最为广泛。
部分Dyes的荧光谱现在可以扩展到近红外波段，可以轻松地成像生物组织中更深的位置。
例如，荧光染料如青黛素，其最大吸收波长为650nm，并发出约700nm的荧光，拥有比标准荧光成像技术更深的穿透深度和更少的组织自发荧光。
2.生命活动成像近红外荧光成像也极大地促进了对生命活动失调情况的诊断、监测及治疗研究的发展。
常用的近红外荧光探针有UCNPs、硅纳米颗粒等，它们可以被制成可编程的特定靶向探针，能够在荧光成像下实现快速的、准确的原位成像和细胞划分。
3.移植物成像尤其在生物医学领域中，人们对移植物的研究需求愈加迫切。
移植物成像技术是一种类比分子成像的（Molecular Imaging）的技术，在近红外成像技术的支持下，可以更加准确地设计、优化和测试更好的植入物。
四、未来展望近红外荧光成像技术的应用前景非常广阔，但它仍有许多技术挑战存在。
未来一些重要区域可能包括荧光氧气传感器的设计和建立、对组织器官研究的应用等等。
近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展
第61卷 第1期厦门大学学报(自然科学版)V o l .61 N o .1 2022年1月J o u r n a l o f X i a m e nU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )J a n .2022h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n d o i :10.6043/j.i s s n .0438-0479.202011026㊃综 述㊃近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展黄艳芳,李子婧*(厦门大学公共卫生学院,分子影像暨转化医学研究中心,福建厦门361102)摘要:高时空分辨率和高灵敏度的荧光成像技术是一种新兴的活体可视化检测工具.与近红外一区(N I R -Ⅰ,700~900n m )相比,近红外二区(N I R -Ⅱ,1000~1700n m )成像具有更低的自发背景荧光㊁更深的组织穿透性和更高的信背比,因此N I R -Ⅱ荧光成像能促进深部疾病的精确诊断.N I R -Ⅱ荧光探针是N I R -Ⅱ荧光成像的基础.目前已开发一系列基于有机和无机材料的N I R -Ⅱ荧光探针,包括有机小分子染料㊁基于小分子染料的有机纳米粒子㊁共轭聚合物㊁量子点㊁稀土掺杂纳米粒子和单壁碳纳米管等.本文综述近期新型N I R -Ⅱ荧光探针的研究进展及其在生物医学领域的应用.关键词:荧光成像;近红外二区;荧光探针;有机小分子染料中图分类号:R445 文献标志码:A 文章编号:0438-0479(2022)01-0001-12收稿日期:2020-11-16 录用日期:2020-12-09基金项目:国家自然科学基金(81971674);福建省自然科学基金(2019J 06006)*通信作者:z i j i n g.l i @x m u .e d u .c n 引文格式:黄艳芳,李子婧.近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展[J ].厦门大学学报(自然科学版),2022,61(1):1-12.C i t a t i o n :H U A N GYF ,L IZJ .R e s e a r c h p r o g r e s s i nd e s i g na n da p pl i c a t i o no f f l u o r e s c e n c e p r o b e s i n t h e s e c o n dn e a r -i n f r a r e d w i n d o w [J ].JX i a m e nU n i vN a t S c i ,2022,61(1):1-12.(i nC h i n e s e) 光学成像技术具有无创㊁安全㊁可视化能力强㊁空间分辨率高㊁成本低等优点,可对生物分子㊁细胞㊁组织和生物体进行实时㊁多维的可视化监测,是生物医学领域中的重要研究手段[1-2].荧光成像由于其灵敏度高㊁分辨率高及操作简单等优点,在生物分子检测成像㊁药物分布代谢跟踪㊁疾病检测和诊断,特别是癌症早期诊断和影像引导治疗中,具有良好应用前景.与可见光相比,发射波长在近红外区域的荧光探针可获得更深的穿透深度和更好的成像质量,因此,近10年来,荧光成像技术主要集中在近红外窗口.近红外一区(N I R -Ⅰ,700~900n m )荧光成像以其高灵敏度㊁快速反馈㊁无危害辐射㊁低成本等优点,在生物医学研究中受到广泛关注.例如,利用N I R -Ⅰ荧光染料可以精确地描绘前哨淋巴结/肿瘤轮廓,并在术中引导切除前哨淋巴结/肿瘤组织[3].最近的研究表明,由于具有散射少㊁组织吸收可忽略和自荧光效应最小化等优势,在近红外二区(N I R -Ⅱ,1000~1700n m )进行生物医学成像可以充分提高成像的时空分辨率(约20m s 和约25m m )以及穿透深度(高达3c m ),从而获得比N I R -Ⅰ更好的图像质量和更高的信背比[4-7].目前,临床批准的近红外荧光染料有两种,分别是吲哚菁绿(I C G ,发射波长800n m )和亚甲基蓝(M B ,发射波长700n m ),两者都是可以快速排泄的小分子,主要用于N I R -Ⅰ成像[2].随着化学合成的不断发展,新的荧光材料不断被发掘.N I R -Ⅱ荧光材料种类也日益丰富,如有机荧光材料㊁量子点㊁稀土纳米材料等被开发应用于近红外生物医学成像.然而,缺乏良好的水溶性㊁稳定性㊁荧光效率和生物相容性等是N I R -Ⅱ荧光材料发展的瓶颈.如何解决这些问题是N I R -Ⅱ荧光成像领域的热点,也是未来发展方向[8-12].因此,开发荧光效率高㊁水溶性好㊁生物相容性好的新型N I R -Ⅱ荧光材料,对荧光成像技术的发展具有重要意义.本文对近期新型N I R -Ⅱ荧光材料的设计理念及其在生物医学领域的应用进行综述和展望,以期为N I R -Ⅱ荧光成像技术的发展提供参考思路.1 有机N I R -Ⅱ荧光探针目前,已经开发出多种性能优良的有机N I R -Ⅱ荧光材料,其具有明确的化学结构,并且易于代谢,生物相容性好[13],因此极具吸引力和发展前景,有望率先在未来的临床中应用.1.1 苯并双噻二唑(B B T D )类具有供体-受体-供体(D -A -D )特征的荧光团,如Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n B B T D 衍生物,具有较大的斯托克斯位移(约200n m )和高成像质量.在D -A -D 支架中,强电子供体与中心电子受体的空间结构可缩小杂化最高占据分子轨道(H O M O )与最低未占据分子轨道(L U M O )能级之间的能隙,将荧光发射波长红移至N I R -Ⅱ窗口[13-16].B B T D 通过调节D -A -D 荧光团的受体和供体结构可以有效地改变吸收和发射光谱特征.通常,B B T D 基荧光团的最大吸收波长和发射波长分别位于800和1000n m 左右,波长相对较短.设计波长更长的新型荧光团将有利于在N I R -Ⅱ对深层组织进行成像[17].F a n g 等[18]研究后发现:用S e 原子取代B B T D 骨架中的S 原子可以使发射波长红移,引入给电子氨基也可以使发射波长延长至N I R -Ⅰ;但是单一的改进措施只能使波长红移ɤ50n m ,如何进一步有效延长波长仍然是一项挑战.通过同时在B B T D 骨架中引入一个S e 原子和一个氨基,开发了一种最大发射波长为1210n m 的新型有机小分子荧光团F M 1210;与S 取代的类似物C F 1065相比,F M 1210的发射波长大幅红移了145n m ,并保持相当的量子产率和亮度,从而使F M 1210的活体成像质量明显高于C F 1065,波长增益约为使用单一修饰的B B TD 衍生物(约50n m )的3倍,超过1200n m 区域波长的大幅增加可归因于S e 原子和氨基的协同作用.这些优点进一步使N I R -Ⅱ荧光探针能够以100帧/s 的速度对小鼠进行成像.此外,该研究还证明纳米尺度的F M 1210脂质体(F M 1210-N P s)能以高信背比对肿瘤及血管系统进行活体成像(图1).图1 F M 1210的结构(a)及其脂质体用于血管及肿瘤的荧光成像(b)[18]F i g .1T h e s t r u c t u r e o f F M 1210(a )a n d f l u o r e s c e n c e i m a g i n gf o r b l o o d v e s s e l a n d t u m o rw i t hF M 1210-N P s (b)[18]揭示B B T D 基荧光团的分子结构与光学行为之间的关系,也有助于开发具有长波长荧光发射的探针.为此,Y e 等[19]研究了B B T D 核心两侧的共轭桥和电子供体对光学行为的影响:当将苯基噻吩共轭桥(如P T ㊁P P T 和P T T )置于B B T D 核心两侧时,它们的吸收波长在640~860n m 区域,而其发射波长约1070n m ;当加入噻吩桥(T P A T )时,吸收和发射波长分别可达920和1150n m.在芴吡咯(F P)官能团存在的情况下,由于吡咯的N H 基团与B B T D 的氮原子之间形成了分子内氢键,吸收波长可达1020n m ,发射波长超过1200n m.这些结果表明,T P A T 和电子供体是延长荧光团吸收和发射波长的关键成分.基于此,选择T P A T 和苯乙烯来放大共轭桥,以N ,N -二甲基氨基作为电子供体,将它们整合到B B T D 支架中,从而得到在942n m 处有一个很强的吸收峰㊁在1302n m 处有一个发射峰的目标分子B B T D -1302.1302n m 处的最大发射峰不仅有助于解决更深层肿瘤的成像问题,还避免了使用长通滤波器时荧光成像的亮度下降[13].接着以聚乙二醇(P E G )化表面活性剂对其进行功能化形成水分散性纳米粒子B B T D -1302N P s,并通过体外研究验证了B B T D -1302N P s 的高生物相容性和耐光降解性;基于B B T D -1302N P s 的良好性能,在荷瘤裸鼠体内对B B T D -1302N P s 的光热治疗能力进行了研究,结果显示经尾静脉注射B B T D -1302N P s 和980n m 激光照射的小鼠肿瘤生长受到抑制.为了改善N I R -Ⅱ荧光量子产率,目前还开发出多种具有屏蔽单元-供体-受体-供体-屏蔽单元(S -D -A -D -S)结构的荧光团.引入屏蔽单元可以保护荧光团的共轭骨架免受分子间相互作用,从而提高量子产率;同时,供体单元也有助于改善S -D -A -D -S 荧光团在水溶液中的量子产率性能.例如:使用3,4-乙二氧基噻吩(E D O T )代替噻吩作为供体单元,可以使荧光探针水溶液中的量子产率从0.002%指数级增加到0.2%(将荧光团I R -26在二氯乙烷中的量子产率0.05%作为参比测定得出);具有增强疏水性的3-辛基噻吩进一步作为荧光团I R -F T A P 的第一供体,在水中的量子产率提高到0.53%[20].尽管这种供体修饰可有效改善水溶液中的量子产率,但也会引起共轭主链更大的畸变,从而导致吸收光谱移动,发射波长减小,吸收系数降低.因此,为有效改善荧光团的亮度,在提高量子产率的同时应不牺牲吸收系数.基于此,M a 等[21]设计并合成了以二辛基链取代的3,4-丙基二氧基噻吩(P D O T )为供体单元的新型S -D -A -D -SN I R -Ⅱ荧光团I R -F P 8P ,以增强量子产率和吸收系数;与I R -F T A P 的3-辛基噻吩相比,P D O T 供体的共轭主链扭曲较小,因此I R -F P 8P 实现了吸收光谱的红移和吸收㊃2㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 系数的提高.此外,二辛基链取代的P D O T 能很好地保护主链不与水相互作用,量子产率明显提高.结果显示:I R -F P 8P 在水溶液中的荧光量子产率为0.60%,在水溶液中的峰值吸收系数为1.3ˑ104L /(m o l ㊃c m );与I R -F T A P 相比,亮度(808n m 激发)增加了5.7倍以上.I R -F P 8P 可在1300n m 长通滤波器下对小鼠后肢血管进行成像,并观察到清晰的血管网络,信背比约为7.此外,通过偶联卵泡刺激素(F S H )制备具有靶向能力的F S H@F P 8荧光探针,可用于小鼠卵巢成像.大多荧光分子探针在聚集态时,会由于平面结构分子间强π-π相互作用诱导荧光猝灭(A C Q )效应,在水溶液或生理条件下荧光亮度降低,从而限制了其生物成像质量.M e i 等[22]和L i u 等[23]发现了与A C Q 相反的聚集诱导发光(A I E )现象,即处于聚集状态的荧光探针强度远高于分散态.因此,当赋予N I R -Ⅱ荧光材料A I E 特性,它将具有更高的荧光效率和光稳定性,同时大幅提升成像清晰度和分辨率.近期,L i 等[24]以B B T D 为电子受体㊁三苯胺(T P A )为电子供体,利用A I E 活性分子转子,设计并合成了P E G 化S A -T T B -P E G 100;通过自组装技术获取了纳米颗粒(粒径为35n m ),在约1050n m 处表现出最大荧光发射峰,在水中的最高量子产率为10.30%.此外,该自组装的纳米颗粒相比于通过两亲性聚合物包裹的对应物,表现出更小的多分散指数(P D I )㊁更好的均一性以及更久的胶体稳定性,在生物成像方面具有更好的潜力.接着,利用此纳米探针在小鼠和兔模型中评估了这种A I E 纳米颗粒的近红外荧光成像性能,结果显示,N I R -Ⅱ荧光成像在体分辨率约38μm ,穿透深度约1c m.该研究表明,高效自组装策略设计的N I R -ⅡA I E 纳米颗粒对血管相关疾病的诊断和治疗具有重要意义,为N I R -Ⅱ荧光成像技术的转化应用提供了新机会.1.2 花菁类基于聚次甲基骨架的花菁染料含有扩展π共轭体系,具有独特的共轭骨架结构.通过加长聚次甲基链㊁增加杂环供体强度,或将杂原子从氧改变为其他硫族元素等方法,可以使染料的吸收波长红移.与D -A -D 型染料相比,花菁类染料合成过程相对简单,吸收强度较高(ε>105L /(m o l ㊃c m )),特别是对近红外光有很强的吸收,因此很适合于近红外成像[25-26].由于循环时间短,菁类染料为血管成像提供的成像时间窗口通常小于2m i n .将染料与蛋白质进行生物结合可以增强循环时间,但这可能会产生猝灭效应而牺牲亮度.因此,需要发展一种新策略,在改善药代动力学特征的同时,又能确保N I R -Ⅱ荧光团的高量子产率.T i a n 等[27]通过牛血清白蛋白(B S A )和花菁染料之间的工程化超分子组装,开发了一个自组装的㊁尺寸约为50n m 的I R -783@B S A .该复合物可以保持扭曲的构象,且I R -783与白蛋白之间的纳摩尔级结合亲和力增强了扭曲的分子内电荷转移(T I C T )过程和循环时间;循环时间增强使I R -783@B S A 能够在注射后3h 内观测到3μm 宽的血管,同时具有超高的对比度,从而获得高质量的N I R -Ⅱ成像.目前,N I R -Ⅱ花菁类染料在生物成像中存在稳定性差㊁斯托克斯位移小,或发生溶剂化猝灭等缺点.针对这些问题,R e n 等[28]通过理性设计和理论计算相结合,提出构建N I R -Ⅱ荧光染料的新思路,即增大空间位阻和电子不对称性,并以此开发了一系列稳定㊁高量子产率㊁抗溶剂化猝灭的新型菁荧光团(N I RⅡ-R T s ),其在水溶液中的吸收和发射峰分别高达977和1008n m.与传统的N I R -Ⅱ七甲川菁相比,N I RⅡ-R T s 具有较小的斯托克斯位移和对溶剂极性敏感的吸收带,在极性溶剂中表现出稳定且强烈的吸收.稳定性测试表明,N I R Ⅱ-R T s 在生理环境中的化学稳定性和光稳定性均优于商用七甲川菁类似物I R 1061和吲哚菁绿.这些特点使N I RⅡ-R T s 在生物成像应用中具有优异的高亮度和深层组织穿透性.此外,由于引入了羧酸官能团,新型染料N I RⅡ-R T 3/4可以通过螺旋环化作用产生一个强大的荧光开关机制,所以N I R Ⅱ-R T 染料可以设计作为可激活的N I R -Ⅱ荧光探针.作为概念的证明,该团队应用N I R Ⅱ-R T 4构建了一系列可靶向激活的N I R -Ⅱ荧光探针(N I R Ⅱ-R T -pH ㊁N I RⅡ-R T -三磷酸腺苷(A T P )和N I RⅡ-R T -H g),用于生物相关物质的检测.特别是利用N I RⅡ-R T -A T P 探针,首次实现了高对比度药物性肝损伤小鼠肝脏A T P 含量的实时监测.通常,有机荧光染料仅通过结构修饰很难将最大吸收波长和发射波长红移至1300n m 以上,而J -聚集体可以使单个分子的吸收和发射波长红移,吸收系数增强且斯托克斯位移减小.因此,为了获取更长吸收和发射波长的N I R -Ⅱ探针,最近S u n 等[29]通过自组装F D -1080花菁染料和1,2-二肉豆蔻酰基-s n -甘油-3-磷酸胆碱(D M P C ),成功开发了一种新型的N I R -Ⅱ探针F D -1080J -聚集体,其在生理条件下表现出较高的亲水性和稳定性,最大吸收和发射波长均超过1300n m ;进一步利用分子动力学模拟研究了磷脂D M P C 与F D -1080在J -聚集体形成过程中的相互作用;此外,还㊃3㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 对F D -1080J -聚集体进行了1500n m 以上的光学成像(图2),并成功用于监测高血压大鼠在给药后颈动脉的动态变化,以评价降压药的疗效.图2 浸没于不同深度甘油中的J -聚集体的荧光图像(a ),不同成像窗口中在穿透深度处J -聚集体的半峰宽(F W H M )(b)及注射J -聚集体后在不同区域获得的脑和后肢血管图像(c )[29]F i g .2F l u o r e s c e n c e i m a g e s o f J -a g g r e ga t e s i m m e r s e d a t v a r i e d d e p t h s i n g l yc e r o l (a ),f u l l w id t h a t h a l f -m a x i m u m (F WHM )o f J -a g g re g a t e s a t p e n e t r a t i o n d e p t h i n v a r i e d i m a g i n gw i n d o w s (b ),a n d i m a ge s of b r a i n a n d h i n d l i m b v e s s e l s a c h i e v e d b y J -ag g r e g a t e s i n v a r i e d r e gi o n s (c )[29]1.3 硼二吡咯烷(B O D I P Y )类B O D I P Y 染料具有高的量子产率㊁优异的化学和光物理稳定性,在分子成像和药物传递方面发挥着重要作用[30-31].经典的B O D I P Y 吸收范围为500~600n m ,并且具有相当小的斯托克斯位移(15~30n m ).基于B O D I P Y 的强吸电子性质,引入给电子基团可促使吸收和发射波长红移.例如,M c d o n n e l 等[32]在3,5-位将己二甲胺基引入苯环,可使其在三氯甲烷溶液中吸收和发射光谱的峰值分别从650和672n m 显著红移到799和823n m.近年来,基于B O D I P Y 的N I R -Ⅱ型有机荧光材料也得到了迅速的发展.氮杂B O D I P Y (a z a -B O D I P Y )的水溶性较差,限制了它们在活体研究中的应用.为了解决该问题,G o d a r d 等[33]采用了一种新策略,通过在硼原子上引入铵基,制备出水溶性a z a -B O D I P Y ,命名为S W I R -W A Z A B Y -01.无需亲水性包封或P E G 辅助,S W I R -W A Z A B Y -01可直接用于肿瘤的N I R -Ⅱ成像(图3).这种以a z a -B O D I P Y 为基础的染料可以在肿瘤中迅速到达和累积,并在体内保留长达1周.图3 S W I R -W A Z A B Y -01的结构及其用于肿瘤的荧光成像[33]F i g.3T h e s t r u c t u r e o f S W I R -W A Z A B Y -01a n d f l u o r e s c e n c e i m a g i n gf o r t u m o rw i t hS W I R -W A Z A B Y -01[33]最近,B a i 等[34]利用分子工程开发出一系列新的a z a -B O D I P Y 染料:N J 960㊁N J 1030和N J 1060.与经典的a z a -B O D I P Y 相比,该类分子在强D -A 分子内电荷转移(I C T )效应的帮助下可将近红外发射光谱红移到N I R -Ⅱ.此外,该类染料具有很好的光物理性能,如斯托克斯位移大㊁光稳定性好㊁水溶液中荧光亮度大等,其中N J -1060在N I R -Ⅱ荧光量子产率高达1.00%,并且体内N I R -Ⅱ荧光成像结果表明N J -1060具有高分辨率和深穿透成像能力.1.4 基于共轭聚合物的N I R -Ⅱ染料富电子供体和吸电子受体可使共聚物的带隙变小,因此通过D -A 交替共聚生成的共轭聚合物具有带隙小㊁易调整的优点,是N I R -Ⅱ探针设计的一种有效途径.半导体聚合物点(P d o t s )是近年来出现的一种新型有机荧光材料.与传统荧光染料相比,P d o t s具有宽吸收㊁对称窄发射㊁高光亮度㊁高光稳定性及大斯托克斯位移.因此,高荧光P d o t s 组成的纳米颗粒被视为一种有效的荧光探针[35-36],在生物成像㊁分子检测㊁指导药物治疗等领域展现出广阔的应用前景.尽管P d o t s 由于其可调的光学特性,在生物成像和生物传感方面具有很强的实用价值,但是与有机溶剂中的原始聚合物相比,纳米粒子形式的半导体聚合物通常表现出荧光猝灭,可归因于链间和链内π-π堆积的强相互作用,从而导致非发射性激子和激基复合物的形成[37-38].随着发射能量的降低,无辐射衰减率显著增加,很难获得高量子产率的N I R -Ⅱ荧光团.最近,Z h a n g 等[39]提出了一种双重荧光增强机制来增强㊃4㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n P d o t s 的N I R -Ⅱ荧光,通过分子工程策略开发了9种N I R -Ⅱ半导体聚合物.在该研究中,一方面利用吩噻嗪单元的聚集诱导发射特性来减少聚集态聚合物的非辐射衰变路径;另一方面引入了大量的侧链基团,通过空间位阻来减弱链间和链内π-π堆积产生的强相互作用,进一步增强荧光量子产率.基于这种双重增强策略制备的P 3c P d o t s 在水溶液中的荧光量子产率约为1.70%,比四氢呋喃溶液中的原始聚合物增强约21倍.活体小鼠头盖部荧光成像有显著改善,表明这种双重增强策略在设计活体荧光成像的N I R -Ⅱ荧光团方面具有潜在应用前景.另外,针对P d o t s 在水溶液中往往会出现严重的荧光猝灭问题,L i u 等[40]通过在聚合物受体的不同位置引入氟原子,利用分子调控N I R -Ⅱ荧光增强策略,减少聚合物与水分子的相互作用和非辐射越跃,从而提高N I R -Ⅱ荧光量子效率(图4).分别以苯并二噻吩(B D T )和三唑[4,5-g ]-喹喔啉(T Q )衍生物为供体和受体,设计了两种含氟半导体聚合物.光物理实验结果显示:在808n m 光激发下,聚合物发射光谱覆盖了N I R -Ⅱ,肩峰延伸超过1300n m ;随着氟化程度的加深,聚合物发射光谱红移.随后利用密度泛函理论表明氟化使激发态和基态之间的结构畸变减小,从而减少了非辐射弛豫,增强了P d o t s 的荧光量子产率.最后用P d o t s 进行小鼠颅骨肿瘤血管系统的活体荧光成像,获取了一系列高穿透深度和高信背比的荧光图像.各种有机N I R -Ⅱ荧光探针的关键参数和应用总结于表1.图4 纳米尺度氟化效应的示意图[4]F i g.4S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n o f n a n o s c a l e f l u o r o u s e f f e c t [40]表1 有机N I R -Ⅱ荧光探针的比较T a b .1 C o m p a r i s o n o f o r g a n i cN I R -Ⅱf l u o r e s c e n t pr o b e s 类型N I R -Ⅱ荧光材料激发波长/n m 发射波长/n m 量子产率/%应用B B T D 类F M 1210-N P s [18]980 12100.04肿瘤及血管系统的活体成像B B T D -1302N P s [19]94213022.40肿瘤光热治疗I R -F P 8P [21]74810400.60小鼠后肢血管成像S A -T T B -P E G 1000[24]808105010.30血管相关疾病的诊断和治疗花菁类I R -783@B S A [27]785143321.20肿瘤成像N I R Ⅱ-R T s [28]97710082.03肝脏A T P 含量的实时监测F D -1080J -聚集体[29]136013700.06监测颈动脉的动态变化,评价降压药的疗效B O D I P Y 类S W I R -W A Z A B Y -01[33]638720~12002.50肿瘤成像N J -1060[34]80810601.00脑血管成像共轭聚合物P 3c P d o t s [39]74610831.70小鼠脑部成像m -P B T Q 4F [4]808850~14003.20小鼠颅骨肿瘤血管系统成像㊃5㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 2 无机N I R -Ⅱ荧光探针与N I R -Ⅱ有机小分子染料相比,N I R -Ⅱ纳米探针具有相对较高的量子产率和较低的光漂白敏感性,在肝脏㊁肾脏㊁大脑和肺成像等领域具有独特优势.目前,已开发如稀土纳米粒子(R E N P s )㊁量子点(Q D s)㊁金纳米团簇(A u N C s )㊁单壁碳纳米管(S W N T s )等材料作为N I R -Ⅱ探针[41-43].在此,介绍基于无机材料的N I R -Ⅱ荧光探针的开发及其在生物成像领域的应用,并重点关注近期新型无机N I R -Ⅱ荧光探针的研究进展.2.1 稀土纳米材料R E N P s 具有较大的斯托克斯位移㊁较小的光漂白㊁狭窄和多峰值的发射特性以及可忽略的激发-发射带重叠,因此受到越来越多的关注.此外,由于可通过掺杂不同的稀土金属离子来调谐发射波长和延长发光寿命[43-45],R E N P s 成为N I R -Ⅱ荧光成像的研究热点,有着很广泛的应用前景.由于具有很长的荧光寿命(m s 级别)以及很大的斯托克斯位移(ȡ200n m ),镧系R E N P s 作为荧光探针被广泛使用.最近,L i 等[46]以77.5ʒ20.0ʒ2.5的摩尔比混合1,2-二棕榈酰磷脂酰胆碱(D P P C )㊁胆固醇(C h o l )和聚乙二醇化脂质(D S P E -P E G 2000)合成脂质体,然后使用该脂质体进一步包覆N I R -Ⅱ镧系荧光基团R E N P s ,得到在1064和1345n m 处双发射㊁大斯托克斯位移(分别为264和545n m )的R E N P s @L i p s .R E N P s @L i ps 在1064n m 处的量子产率为7.90%,在808n m 激发下1345n m 处的量子产率为4.10%.此外,R E N P s @L i ps 显著增强了静脉排泄性和胶体稳定性,缩短了在网状内皮系统中的停留时间,并且超过90%的R E N P s @L i p s 静脉给药后72h 内可以从肝脏排出.与之前报道的R E N P s @D S P E -m P E G 相比,R E N P s @L i p s 的体内清除速度快且半衰期短;同时,未发现明显的R E N P s @L i p s 骨积聚,这有助于减少骨系统滞留和加速静脉清除.这些结果表明R E N P s @L i p s 具有良好的生物相容性㊁静脉内排泄性和优异的光化学性质,适合于临床前评估和监测生理和病理过程,可促进其未来的临床转化.据报道,稀土元素Y b /E r 共掺杂纳米颗粒(E r R E N P s )具有N I R -Ⅱ波长的发光特性,并表现出斯托克斯位移大(高达450n m )㊁寿命长㊁光稳定性好等优点,被认为是新一代近红外探针的优异候选者.然而,E r3+容易发生能量转移到纳米晶体表面的现象,导致严重的荧光猝灭.最近,C a o 等[47]采用N d 3+敏化Y b3+的体系,在内部C e 3+的辅助下将能量转移到发光中心E r 3+上.该研究中,在内核中掺杂E r3+作为激活剂,并在核心层和中间层混合Y b3+作为敏化剂,之后在N a Y b F 4:E r 核纳米晶中进一步掺杂C e 3+以增强N I R -Ⅱ发射,并通过调节掺杂离子来优化纳米粒子的发光性能.引入P E G 配体提高了纳米颗粒的水溶性(图5),实现了较长的血液循环时间.通过采集其N I R -Ⅱ荧光信号,该纳米探针可用于肿瘤的高分辨率追踪和成像.U C L .上转换荧光.图5 N a Y b F 4:E r ,C e @N a Y F 4:Y b @N a Y F 4:N d 核壳纳米颗粒的合成过程(a )㊁结构示意图(b )及其能量传递的简化机制(c)[47]F i g .5S yn t h e s i s (a )a n d t h e s t r u c t u r e i l l u s t r a t i o n (b )o f N a Y b F 4:E r ,C e @N a Y F 4:Y b @N a Y F 4:N d c o r e -s h e l l -s h e l l n a n o p a r t i c l e s ,a n d t h e s i m pl i f i e dm e c h a n i s m (c )o f i t s e n e r g yt r a n s f e r [47]2.2 Q D sQ D s 具有宽激发光谱㊁窄发射光谱㊁高量子产率㊁抗光漂白等优点,在活体生物成像中具有很高的时空分辨率,因此引起了人们的广泛关注.已有研究通过对P b S ㊁C d S e ㊁A g 2S 等Q D s 的尺寸和形状进行微调,可以调节其药代动力学和组织分布[48-49].目前研究中用于N I R -Ⅱ荧光成像的Q D s 主要为Ⅱ-Ⅵ族和Ⅳ-Ⅵ族半导体材料,如C d S e ㊁C d T e 和P b S e 等,但其中含有的重金属元素(如C d 2+和P b2+等)极大地限制了其后续的生物医学应用[48].因此,开发具有良好生物相容性且高效发光的新型N I R -Ⅱ荧光Q D s 是目前生物标记领域的研究热点和难点.L i u 等[50]成功合成了在N I R -Ⅱ具有强吸光度的石墨烯量子点(G Q D s),并讨论了其在肿瘤光热治疗中的潜在生物医学应用.该研究以苯酚分子为单前驱体㊁过氧化氢为氧化剂,在9T 外加强磁场作用下,采用一步㊃6㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 溶剂热法合成了9T -G Q D s ;外加强磁场用于控制反应体系中氧的溶解浓度和苯酚分子分解过程中超氧自由基的生成,从而形成具有大量C O 键和较大共轭体系的G Q D s ,吸收峰位于约1070n m 处;合成的9T -G Q D s 具有丰富的亲水基团㊁良好的水溶性和较小的粒径分布(3.6n m ).此外,对9T -G Q D s 的细胞毒性和生物安全性进行体外和体内实验,证明其具有良好的生物相容性.体内实验证明9T -G Q D s 在N I R -Ⅱ荧光成像引导的光热癌症治疗中,对小鼠肿瘤的生长具有明显抑制作用.P b SQ D s 具有多种独特的特性,包括窄带隙㊁大玻尔半径㊁在近红外区可调谐和强发射,使其广泛应用于光电子器件㊁传感器和活体成像等领域[48].目前胶体法制备窄粒径P b SQ D s 的方法已得到很好的发展,但在较高的温度下,该方法制备的纳米晶很不稳定.此外,由于表面易被氧化,其光学性质对空气和水相当敏感,限制了它们在生物成像中的应用.S h i 等[51]通过阳离子掺杂工艺,制备了一系列高质量的锌掺杂P b SQ D s ,发现锌掺杂后可以形成掺杂态,降低了主体P b S 的能隙,有效增强了P b SQ D s 的量子产率和光致发光寿命,并改善了Q D s 在高温下的荧光稳定性.这种阳离子掺杂策略为制备波长更长的更小粒子提供了一种新方案,可批量制备一系列波长覆盖整个N I R -Ⅱ的高质量Q D s ,为近红外光学成像提供了新工具;同时,P E G 化的Q D s 可用于活体小鼠的脑血管无创高分辨荧光成像,实现了在毛细血管水平上高分辨率的脑血管无创近红外成像.2.3 惰性金属纳米材料惰性金属基(如A u 和P t)发射体不易引起荧光猝灭,因此很适用于N I R -Ⅱ成像.A u N C s 是其中一个典型的代表,其具有比肾脏排泄阈值更小的尺寸㊁良好的光稳定性㊁易于修饰㊁优异的光热活性和多样性等多种独特优势,因此成为极具发展前景的新型N I R -Ⅱ探针[52-53].考虑到胃肠道的酸性和酶生物环境可能会导致大多数纳米发射体的荧光猝灭,W a n g 等[54]提出合成惰性金属基发射体用于胃肠道近红外成像,以克服潜在的荧光猝灭问题.通过构建核糖核酸酶-A (R N a s e -A ,由巯基和芳香族氨基酸组成)封装A u N C s ,得到具有一个完美高斯型发射峰的R N a s e -A @A u N C s ,峰中心位于1050n m ,F WHM 约为205n m ,与大多数报道的新型金属基成像剂相比,该发射峰相对狭窄,且R N a s e -A@A u N C s 的量子产率为1.90%.将R N a s e -A @A u N C s 暴露于胃肠道模拟液和哺乳动物细胞中以评估其稳定性和生物安全性,结果表明R N a s e -A @A u N C s 具有高稳定性和良好的生物相容性.与两个已报告的近红外发射体(A g 2S 和N a Y F 4:E r /Y b )相比,R N a s e -A@A u N C s 胃肠道灵敏度提高了50倍以上.该研究首次将蛋白电晕技术应用在A u N C s 上,将激发波长红移到N I R -Ⅱ,并使用一个肠癌模型来证明A u N C s 作为肿瘤诊断显像剂的潜在效用.近期,L i 等[55]合成了粒径3.3n m 左右的具有25个A u 原子和18个肽配体的新型A u N C s ,即A u 25(S G )18,可在N I R -Ⅱ发射.由于天冬氨酸和亚氨基二乙酸等羧酸可以作为天然骨靶向配体,研究人员假设A u 25(S G )18中丰富的羧酸侧链能使其与骨结合,从而作为一种新型的骨显像N I R -Ⅱ探针.该研究首次发现A u 25(S G )18与羟基磷灰石具有良好的体外结合能力.通过结合A u 25(S G )18,N I R -Ⅱ荧光成像能高分辨率和高对比度地描绘出体内骨结构,并探讨了以A u 25(S G )18作为骨组织术中N I R -Ⅱ荧光导航的潜在价值.E D C .1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐;N H S .N -羟基琥珀酰亚胺;H C C .肝细胞癌.图6 A u N C s -P t 的合成(a )㊁患者源性肝细胞癌(P D H C)异种移植瘤模型的建立示意图(b)及癌细胞吞噬A u N C s -P t 后的双重作用机制(c)[57]F i g .6S y n t h e s i s o fA u N C s -P t (a ),i l l u s t r a t i o n o f t h e e s t a b l i s h m e n t o f t h e p a t i e n t -d e r i v e d h e pa t o c e l l u l a r c a r c i n o m a (P D H C )t u m o r x e n o gr a f tm o d e l (b ),a n d d u a l -a c t i o nm e c h a n i s m s a f t e r e n d o c yt o s i s o f A u N C s -P t b y ca n c e r c e l l s (c )[57]除具有N I R -Ⅱ成像能力外,带裸A u 原子的A u N C s 还可通过形成A uS 共价键与某些含巯基的物种如谷胱甘肽(G S H )发生反应[56].Y a n g 等[57]开发出一种双功能的热释光纳米药物(A u N C s -P t),利用A u N C s 来递送P t (Ⅳ)(图6).一方面,A u N C s -P t 的N I R -Ⅱ成像能力保证了高分辨率的肿瘤深部模型中P t 转运的有效可视化;另一方面,A u N C s -P t 通过A u S 键来结合G S H ,以清除胞内G S H ,从而有效地使肿瘤细胞对P t 类药物敏感.结果表明,A u N C s -P t 能够消除高危害的深部肿瘤,并减轻人体来源的肝癌异种㊃7㊃Copyright©博看网 . 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近红外荧光生物成像研究进展
近年来，随着生命科学领域的不断发展，荧光生物成像技术逐渐成为研究生命现象和疾病发生机制的重要手段之一。
而近红外荧光成像技术具有优异的生物学成像效果，被广泛用于生物医药领域的研究。
本文将对近红外荧光生物成像技术及其研究应用进展进行介绍。
一、近红外荧光成像技术概述
近红外荧光成像技术是利用波长在近红外区域的激光器、荧光染料和光学检测器等设备，对生物体内的分子或细胞进行成像研究的技术。
其成像深度较浅，但具有高灵敏度、高空间分辨率、无创伤等优点。
近红外荧光成像技术主要包括：近红外荧光显微镜、近红外荧光分子探针、近红外荧光小动物成像等。
近红外荧光显微镜能够对细胞和组织进行高分辨率成像，可观察活细胞内染色体、细胞器以及分子的动态变化。
近红外荧光分子探针则可追踪生物分子、病原菌等在生物体内的行为，为疾病的早期诊断和治疗提供支持。
而近红外荧光小动物成像可以将荧光成像技术应用于小鼠、大鼠等小型动物的活体成像，以跟踪细胞、病理代谢和药物效果等。
二、近红外荧光成像在神经系统中的应用
神经系统是人体最为复杂的系统之一，对于人类的运动、感觉、行为、思维等功能都发挥着至关重要的作用。
因此，神经系统的功能异常与各种疾病的发生密切相关。
近红外荧光成像技术在神经系统的研究中广受关注。
神经系统的研究需要对单个神经元、神经元的线粒体、突触等细胞结构进行高分辨率成像。
近红外荧光成像显微镜已经被用于对单个神经元的成像研究，非常适合观察神经元的大量信息。
同时，近红外荧光成像还能研究神经元的突触结构和功能，以及神经元和神经胶质细胞之间的相互作用。
此外，近红外荧光成像可以对神经系统疾病进行早期的诊断和治疗。
例如，近红外荧光分子探针可以追踪β淀粉样蛋白聚集物在神经元中的分布情况，对进行早期的阿尔茨海默病诊断和治疗有着积极的作用。
三、近红外荧光成像在肿瘤研究中的应用
肿瘤是一类突变细胞的畸形生长和扩散所引起的疾病。
肿瘤的早期发现和诊断对于治疗和预后尤为重要。
近年来，近红外荧光生物成像在肿瘤研究中发挥了重要作用。
近红外荧光分子探针可以为肿瘤的早期诊断和治疗提供有力的支持。
比如，近红外荧光标记的肿瘤标志物可精确地标记肿瘤细胞，以实现细胞信号的可视化和定量化，为肿瘤的早期发现和诊断提供了有效的手段。
此外，近红外荧光小动物成像已经成为研究肿瘤新药的重要手段。
荧光小鼠内部注入近红外荧光探针，然后通过近红外荧光成像技术，观察肿瘤的发展过程、药物疗效等。
四、近红外荧光成像在心血管疾病中的应用
近年来，心血管疾病已经成为全球范围内的主要公共健康问题之一。
心血管成像技术的发展和应用是诊断和治疗心血管疾病的重要手段。
而近红外荧光成像在心血管疾病的研究中也有一定的应用。
近红外荧光显微镜可以用于观察心脏细胞的结构和功能，以及心血管疾病的发展过程。
近红外荧光标记的低密度脂蛋白可以用于研究动脉粥样硬化病变，为防治冠心病等心血管疾病提供支持。
近红外荧光小动物成像也被广泛应用于研究心血管疾病。
例如，通过注射近红外荧光标记的红细胞，可以观察血流动力学和微血管的形态变化，为心血管疾病的诊断和治疗提供可靠的手段。
综上所述，近红外荧光生物成像技术已经成为生命科学领域不可或缺的研究手段。
其在神经系统、肿瘤、心血管疾病等方面的研究应用，为疾病的早期诊断和治疗提供了新的思路和手段。
未来，随着近红外荧光成像技术的不断推进和应用扩展，将会对生物医学领域的发展起到重要的推动作用。