復旦大學在J-聚集體用於近紅外第二窗口生物動態螢光成像新進展

2020-11-24 騰訊網

近期，復旦大學化學系張凡教授研究團隊報導了最大吸收和發射波長均大於1300 nm的近紅外成像探針FD-1080 J-聚集體。實驗通過生物相容性較好的磷脂誘導花菁染料FD-1080分子自組裝形成具有規則排列的J-聚集體。相對於染料單體，J-聚集體的最大吸收和發射峰均紅移了300 nm，成功實現了1500 nm以上的近紅外第二窗口動態血管成像監測。相關研究論文「J-Aggregates of Cyanine Dye for NIR-II in Vivo Dynamic Vascular Imaging beyond 1500 nm」在線發表於《Journal of the American Chemical Society》2019, 141(49), 19221-19225。張凡教授課題組的博士生孫彩俠和李本浩為論文共同第一作者。

精準的生物醫學成像方法對於疾病的診斷和預後至關重要。其中，螢光成像具有較高的靈敏度、解析度和快速響應等優勢，但組織穿透深度較低。近年來，研究人員發現近紅外第二窗口螢光對於活體成像具有較大的潛力，尤其位於1500-1700 nm範圍內的光子，生物組織在此範圍內具有更低的散射，吸收和自發螢光。這一發現帶動了活體光學成像的快速發展，包括碳納米管，量子點和稀土納米顆粒等新型近紅外第二窗口區探針受到研究人員的關注。相對於上述無機材料，由於有機分子探針具有相對分子量較小，易於代謝，生物毒性低等優勢，對於未來的生物醫用轉化具有更大的潛力。然而目前有機螢光染料僅通過結構修飾很難實現最大吸收波長和發射波長均超過1300 nm。因此急需開發一種簡單的製備方法用於擴展有機螢光染料的最大吸收和發射波長，並用於1500-1700 nm範圍內的近紅外第二窗口區的生物成像。

針對上述問題，張凡教授研究團隊利用磷脂誘導花菁染料FD-1080分子的自組裝，成功地開發了一種新型的近紅外第二窗口螢光染料FD-1080 J-聚集體，其最大吸收和發射波長分別位於1360 nm和1370 nm，並且表現出了優異的水溶性和光穩定性。研究人員通過分子動力學模擬證明了磷脂與花菁染料FD-1080在J-聚集體形成過程中的相互作用。體外和活體成像實驗證明相對於較短波長的成像區域，位於1500 nm以上的螢光成像具有更好的生物組織穿透深度、成像解析度和信噪比。此外，研究人員還成功利用J-聚集體實現了對臨床降壓藥物Isoket在高血壓大鼠模型降壓效果的實時監測。該工作得到了復旦大學化學系、復旦大學先進材料實驗室、聚合物分子工程國家重點實驗室、上海市分子催化與功能材料重點實驗室、國家重大研究計劃項目、國家自然科學基金傑出青年基金、上海市科學技術委員會重點基礎研究項目的大力支持。

來源 復旦大學化學系

全文連結：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10043

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