傳統(tǒng)熒光成像已成為生物醫(yī)學科學中不可或缺的工具。然而，外部實時激發(fā)的需求導致內源性分子產生高背景自熒光，導致成像靈敏度降低，成像深度受限。因此，在沒有實時激發(fā)的情況下檢測自主發(fā)光發(fā)射的自發(fā)光成像方式引起了越來越多的研究關注。然而，它們各有利弊。例如，化學發(fā)光和生物發(fā)光成像依賴于特定底物或酶的生物分布；而Cerenkov發(fā)光成像由于放射性同位素的電離輻射而面臨生物安全問題。余輝成像技術是一種強有力的替代方法，它可以在去除激發(fā)源后檢測探針的發(fā)射。除了最小化背景噪聲外，余輝成像還提供穩(wěn)定的發(fā)光信號和最小的體內檢測侵入性。具有室溫磷光（RTP）的無金屬有機發(fā)光劑可以作為一類良性余輝探針，避免了無機納米粒子通常面臨的毒性問題。盡管RTP具有很大的優(yōu)點，但大多數RTP分子在紫外或可見光范圍內發(fā)射，因此成像深度較淺。
最近，武漢大學/天津大學李振教授、李倩倩副教授和新加坡南洋理工大學浦侃裔教授在《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“Room‐Temperature Phosphorescence Resonance Energy Transfer for Construction of Near‐Infrared Afterglow Imaging Agents”的通訊，提出了一種發(fā)射近紅外光的有機RTP納米探針（mTPA-N），用于體內余輝成像。這種探針由RTP分子（mTPA）產生磷光，近紅外熒光染料作為能量受體，以實現室溫磷光共振能量轉移（RT-PRET），最終在780nm處產生紅移磷光發(fā)射。由于在生物透明窗口中消除了背景噪聲和紅移余輝發(fā)光，因此mTPA-N能夠以高信噪比成像活體小鼠淋巴結。該研究為利用RT-PRET將有機RTP發(fā)光劑發(fā)展成近紅外余輝成像劑開辟了一條通用途徑。
圖文導讀
納米探針mTPA-N由有機RTP分子N，N-雙（4-甲氧基苯基）-3-甲基-4（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基）苯胺（mTPA）和近紅外熒光染料硅2,3-萘酞菁雙（三己基硅氧化合物）（NCBS）組成。mTPA和NCBS分別作為RT-PRET的能量供體和受體。
體內成像的PRET策略。
mTPA晶體具有RTP特性，在395和515nm處出現熒光和磷光發(fā)射峰，壽命分別為1.6ns和25.3ms。mTPA的磷光源于具有C-H···O相互作用的剛性分子聚集體。
mTPA晶體的光物理性質。
mTPA晶體經NCBS熒光染料摻雜，并在兩親三嵌段共聚物F127的幫助下，通過由上而下的方法，在無脫氣的情況下轉化為水分散納米粒子（mTPA-N）。納米粒子沒有明顯的細胞毒性，表明其在生物應用中的潛力。mTPA-N納米粒子在近紅外區(qū)域的780 nm左右具有最大吸收峰，這與NCBS在稀釋四氫呋喃溶液中的吸收峰相對應。mTPA-N納米粒子在近紅外范圍內顯示出較強的發(fā)射帶，在780 nm處有強烈的峰值，量子產率為10.74%。mTPA納米粒子的余輝發(fā)射光譜和NCBS溶液在稀釋四氫呋喃溶液中的吸收光譜存在部分重疊，因此提供了實現RT-PRET的可能性。mTPA-N納米粒子的能量轉移效率為11.1%。
mTPA-N納米粒子的制備方法及光物理性質。
mTPA-N納米粒子被應用于體內實驗，以驗證在活體小鼠體內成像的能力。mTPA-N納米粒子皮下注射到麻醉活體小鼠。在小鼠身上紫外線照射5s后，立即在活體成像系統(tǒng)上以生物發(fā)光模式捕捉活體小鼠的余輝圖像。由于消除了實時激發(fā)，這些納米粒子的余輝可以避免生物自熒光，從而顯示出較低的背景噪聲，信噪比為51.23。進一步評估了mTPA-N納米粒子余輝在活體小鼠淋巴結實時定位中的應用。將mTPA-N納米粒子注射到麻醉活體小鼠的前爪中。注射后1h，去除光源，在活體成像系統(tǒng)上以生物發(fā)光模式拍攝活體小鼠的余輝圖像。腋窩淋巴結可以清晰地描繪出mTPA-N納米粒的余輝，并與正常組織區(qū)分開來。余輝引導淋巴結成像的信噪比高達104.40，背景噪聲極低。
mTPA和mTPA-N納米粒子的活體光學成像。
亮點小結
總之，作者介紹了一種利用近紅外余輝發(fā)射制備無金屬納米粒子的通用RT-PRET策略。通過將RTP分子的短波長磷光發(fā)射轉化為近紅外熒光發(fā)光材料來實現的。mTPA-N具有極低的背景噪聲和深入的組織滲透性，能夠以高達104.40的信噪比對淋巴結進行近紅外余輝成像。該研究為開發(fā)基于RTP分子的近紅外發(fā)射余輝探針提供了一個通用的策略。
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