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李振、李倩倩团队《AM》:从室温磷光到近红外发光,实现高信噪比余辉成像-岩拓气凝胶

李振、李倩倩团队《AM》:从室温磷光到近红外发光,实现高信噪比余辉成像

传统荧光成像已成为生物医学科学中不可或缺的工具。然而,外部实时激发的需求导致内源性分子产生高背景自荧光,导致成像灵敏度降低,成像深度受限。因此,在没有实时激发的情况下检测自主发光发射的自发光成像方式引起了越来越多的研究关注。然而,它们各有利弊。例如,化学发光和生物发光成像依赖于特定底物或酶的生物分布;而Cerenkov发光成像由于放射性同位素的电离辐射而面临生物安全问题。余辉成像技术是一种强有力的替代方法,它可以在去除激发源后检测探针的发射。除了最小化背景噪声外,余辉成像还提供稳定的发光信号和最小的体内检测侵入性。有室温磷光(RTP)的无金属有机发光剂可以作为一类良性余辉探针,避免了无机纳米粒子通常面临的毒性问题。尽管RTP具有很大的优点,但大多数RTP分子在紫外或可见光范围内发射,因此成像深度较浅

最近,武汉大学/天津大学李振教授、李倩倩副教授和新加坡南洋理工大学浦侃裔教授在《Advanced Materials》上发表了题为“Room‐Temperature Phosphorescence Resonance Energy Transfer for Construction of Near‐Infrared Afterglow Imaging Agents”的通讯,提出了一种发射近红外光的有机RTP纳米探针(mTPA-N),用于体内余辉成像。这种探针由RTP分子(mTPA)产生磷光,近红外荧光染料作为能量受体,以实现室温磷光共振能量转移(RT-PRET),最终在780nm处产生红移磷光发射。由于在生物透明窗口中消除了背景噪声和红移余辉发光,因此mTPA-N能够以高信噪比成像活体小鼠淋巴结。该研究为利用RT-PRET将有机RTP发光剂发展成近红外余辉成像剂开辟了一条通用途径。

李振、李倩倩团队《AM》:从室温磷光到近红外发光,实现高信噪比余辉成像

图文导读

纳米探针mTPA-N由有机RTP分子N,N-双(4-甲氧基苯基)-3-甲基-4(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷-2-基)苯胺(mTPA)和近红外荧光染料硅2,3-萘酞菁双(三己基硅氧化合物)(NCBS)组成。mTPA和NCBS分别作为RT-PRET的能量供体和受体。

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体内成像的PRET策略。

mTPA晶体具有RTP特性,在395和515nm处出现荧光和磷光发射峰,寿命分别为1.6ns和25.3ms。mTPA的磷光源于具有C-H···O相互作用的刚性分子聚集体

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mTPA晶体的光物理性质。

mTPA晶体经NCBS荧光染料掺杂,并在两亲三嵌段共聚物F127的帮助下,通过由上而下的方法,在无脱气的情况下转化为水分散纳米粒子(mTPA-N)。纳米粒子没有明显的细胞毒性,表明其在生物应用中的潜力。mTPA-N纳米粒子在近红外区域的780 nm左右具有最大吸收峰,这与NCBS在稀释四氢呋喃溶液中的吸收峰相对应。mTPA-N纳米粒子在近红外范围内显示出较强的发射带,在780 nm处有强烈的峰值,量子产率为10.74%。mTPA纳米粒子的余辉发射光谱和NCBS溶液在稀释四氢呋喃溶液中的吸收光谱存在部分重叠,因此提供了实现RT-PRET的可能性。mTPA-N纳米粒子的能量转移效率为11.1%。

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mTPA-N纳米粒子的制备方法及光物理性质。

mTPA-N纳米粒子被应用于体内实验,以验证在活体小鼠体内成像的能力。mTPA-N纳米粒子皮下注射到麻醉活体小鼠。在小鼠身上紫外线照射5s后,立即在活体成像系统上以生物发光模式捕捉活体小鼠的余辉图像。由于消除了实时激发,这些纳米粒子的余辉可以避免生物自荧光,从而显示出较低的背景噪声,信噪比为51.23。进一步评估了mTPA-N纳米粒子余辉在活体小鼠淋巴结实时定位中的应用。将mTPA-N纳米粒子注射到麻醉活体小鼠的前爪中。注射后1h,去除光源,在活体成像系统上以生物发光模式拍摄活体小鼠的余辉图像。腋窝淋巴结可以清晰地描绘出mTPA-N纳米粒的余辉,并与正常组织区分开来。余辉引导淋巴结成像的信噪比高达104.40,背景噪声极低

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mTPA和mTPA-N纳米粒子的活体光学成像。

亮点小结

总之,作者介绍了一种利用近红外余辉发射制备无金属纳米粒子的通用RT-PRET策略。通过将RTP分子的短波长磷光发射转化为近红外荧光发光材料来实现的。mTPA-N具有极低的背景噪声和深入的组织渗透性,能够以高达104.40的信噪比对淋巴结进行近红外余辉成像。该研究为开发基于RTP分子的近红外发射余辉探针提供了一个通用的策略。

 

全文链接:

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

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