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　　精準(zhǔn)的生物醫(yī)學(xué)成像方法對疾病的診斷和預(yù)后至關(guān)重要。其中，熒光成像具有較高的靈敏度、分辨率和快速反饋等優(yōu)勢。近年來，研究發(fā)現(xiàn)了近紅外第二窗口（NIR-II）內(nèi)的光子對生物組織具有較高的穿透深度和信噪比；尤其位于1500-1700 nm范圍內(nèi)的光子，生物組織在此范圍內(nèi)具有更低的散射、吸收和自發(fā)熒光。因此，位于1500-1700 nm范圍內(nèi)的生物熒光成像研究顯示出了巨大的潛力，這激發(fā)了一系列探針的發(fā)展，包括稀土納米顆粒、單壁碳納米管和量子點(diǎn)等。然而由于上述無機(jī)納米材料潛在的生物毒性，近年來具有相對分子量較小以及易于代謝特性的近紅外二區(qū)有機(jī)探針引起了廣泛的關(guān)注。然而目前有機(jī)熒光染料僅通過結(jié)構(gòu)修飾很難實現(xiàn)最大吸收波長和發(fā)射波長的紅移。尤其對于最大吸收和發(fā)射波長位于1300 nm以上的有機(jī)分子的設(shè)計合成。因此，急需開發(fā)一種簡單有效的制備方法來延長有機(jī)熒光染料的最大吸收和發(fā)射波長，并用于生物活體成像。

　　針對上述問題，團(tuán)隊報道了一種新型的NIR-II探針——花菁染料FD-1080 J-聚集體，它是基于花菁染料FD-1080和1,2-二肉豆蔻?；?sn-甘油-3-磷酸膽堿（DMPC）的自組裝而形成的J-聚集體，其最大吸收和發(fā)射波長均超過1300 nm。J-聚集在生理條件下顯示出較高的親水性和穩(wěn)定性。通過分子動力學(xué)模擬證明了磷脂DMPC與花菁染料FD-1080在J-聚集體形成過程中的相互作用。同時，相對于短波長區(qū)域內(nèi)的熒光成像，位于1500 nm以上的熒光成像具有最高的成像效果，包括分辨率，信噪比。此外，研究人員證明了利用J-聚集體可以監(jiān)測臨床使用的Isoket降壓藥給藥后高血壓大鼠頸動脈血管的動態(tài)變化過程用于評價降壓效果。

圖1. 花菁染料FD-1080單體及其 J-聚集體的性能測試。

（a）FD-1080和DMPC的分子結(jié)構(gòu)式；

（b）FD-1080單體和J-聚集體的歸一化吸收和發(fā)射波長；

（c）FD-1080單體和J-聚集體的圓二色譜圖；

（d）FD-1080單體和J-聚集體的熒光衰減曲線；

（e）FD-1080 J-聚集體的TEM圖像、分子動力學(xué)模擬和J-聚集體示意圖

圖2. 分子動力學(xué)模擬。

（a）DMPC存在下FD-1080的分子動力學(xué)模擬的側(cè)視圖；

（b）DMPC存在下FD-1080的分子動力學(xué)模擬的俯視圖；

（c）形成J-聚集體的示意圖；

（d）純水中FD-1080的分子動力學(xué)模擬的側(cè)視圖。

圖3. FD-1080 J-聚集體的體外熒光性能測試。

（a）J-聚集體在不同深度的1%脂肪乳劑內(nèi)的熒光圖像；

（b）不同成像窗口穿透深度下J-聚集體的FWHM；

（c）通過不同區(qū)域的J-聚集獲得大腦和后肢血管的圖像；

（d-e）大腦和后肢熒光強(qiáng)度分布（實線）和高斯擬合（虛線）血管的紅色虛線。

圖4. FD-1080 J-聚集體的體內(nèi)熒光成像。

（a）動態(tài)血管成像的示意圖；

（b）注射降壓藥Isoket后，頸動脈的血管隨時間的變化；

（c）注射降壓藥Isoket后，頸動脈FWHM與時間的關(guān)系；

（d）注射降壓藥Isoket后，頸動脈收縮壓（SBP）與時間的關(guān)系。

　　綜上所述，作者利用生物相容性的DMPC磷脂和花菁染料FD-1080組裝并發(fā)生J-聚集以形成新型的近紅外二區(qū)熒光探針，其可以在1500 nm以上的近紅外二區(qū)窗口進(jìn)行體內(nèi)生物成像。同時，利用分子動力學(xué)模擬表明了磷脂DMPC與花菁染料FD-1080在J-聚集形成過程中的相互作用。FD-1080 J-聚集體探針可確保在近紅外二區(qū)中以更高的信噪比和空間分辨率進(jìn)行生物成像，也可以監(jiān)測患有高血壓大鼠服用降壓藥后降壓過程中的動態(tài)血管變化?？傊撗芯繛橹苽浣t外二區(qū)有機(jī)染料探針制備提供了一條新穎的途徑，并且該途徑可擴(kuò)展到其他近紅外分子染料J-聚集體的制備以在更長的波長下實現(xiàn)優(yōu)異的生物成像。

　　參考文獻(xiàn):

　　Caixia Sun+, Benhao Li+, Mengyao Zhao, Shangfeng Wang, Zuhai Lei, Lingfei Lu, Hongxin Zhang, Lishuai Feng, Chaoran Dou, Dongrui Yin, Huixiong Xu, Yingsheng Cheng, Fan Zhang*.J-aggregates of Cyanine Dye for NIR-II In-vivo Dynamic Vascular Imaging Beyond 1500 nm. J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(49), 19221-19225.