體內光學成像和分析領域已經通過采用近紅外二區(qū)（NIR-II，1000-1700 nm）波長實現(xiàn)了革命性的變革。由于這一波段的光能顯著減少組織散射，因此能夠實現(xiàn)更深層次的組織穿透。這一技術極大地增強了我們對生命系統(tǒng)實時觀察的能力，能夠以更高的清晰度和分辨率捕捉諸如血流、呼吸、心臟周期以及腎臟清除等動態(tài)生理過程。這些進步的關鍵在于分子熒光團在NIR-II波段中能夠發(fā)出明亮的光，從而顯著提升了NIR-II光學成像的性能。盡管取得了顯著進展，但由于內源性自身熒光在NIR-II波段的拖尾發(fā)射帶來的背景噪聲，實現(xiàn)高對比度成像依然面臨挑戰(zhàn)。在這種情況下，將長壽命磷光與時間分辨成像技術相結合，以增強成像對比度，是一個有希望的解決方案。這是因為組織內源性熒光壽命通常較短（小于10納秒）。然而，盡管已有關于相關無機納米材料的報道，適合NIR-II波段光學成像的分子磷光材料的發(fā)展仍然相對有限。

磷光是一種由三重態(tài)躍遷產生的發(fā)光現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為系統(tǒng)間交叉（ISC）效率低，嚴重的非輻射能量耗散，以及由于自旋禁止過程導致的較慢的發(fā)光速率。較長的壽命和對氧的敏感性使得三重態(tài)激子更容易被氧氣、水和室溫等環(huán)境因素所猝滅。因此，室溫下水溶液中的分子磷光現(xiàn)象極為罕見。目前，用于NIR-II波段的分子磷光材料的開發(fā)仍處于初期階段。這些磷光團的磷光僅能在無水、無氧和低溫（77 K）條件下勉強測量，難以應用于生物場景。因此，開發(fā)能夠在室溫水溶液中穩(wěn)定發(fā)光的高質量NIR-II分子磷光材料，以實現(xiàn)高質量的活體成像，仍然是一個迫切且充滿挑戰(zhàn)的需求。

為解決上述問題，某大教授研究團隊構建了一系列基于取代基調控策略的同色四(異氰基)-銠(I)配合物，其通過親金屬自組裝成寡聚物可以形成明亮和穩(wěn)定的NIR-II分子磷光材料。這些寡聚物具有極高的ISC效率(~98%)和增強的激子耦合長度，兩者協(xié)同導致了寡聚物較高的光致發(fā)光量子產率(PLQY, 0.15-0.98%)。4dσ*(銠)→5pσ(銠)/π*(異氰化物)的三重態(tài)過渡態(tài)導致了寡聚體較長的磷光壽命(7-8 μs)。結合胎牛血清(FBS)后，組裝蛋白復合物在生物環(huán)境中顯示出更高的PLQY(0.17-3.93%)和長期穩(wěn)定性。為了證明這一概念，研究人員進行了單巨噬細胞多路跟蹤和壽命成像，以證明這些高強度和長壽命的NIR-II分子發(fā)光材料在光學成像中的潛在優(yōu)勢。這項工作不僅為長波長分子磷光的產生提供了一個模型，而且為進一步提高NIR-II成像的對比度提供了一條有希望的途徑。

圖1.（a）對稱異氰基銠(I)配合物的分子結構。（b）Rh-1A的低溫透射電鏡圖像（c) Rh- 1a納米結構的HAADF掃描TEM圖像以及 x射線能譜元素圖。Rh-1A、Rh-2A和Rh-3A在水溶液(1% DMSO)中的吸收(d)和發(fā)射(e)光譜。（f）Rh-1A、Rh-2A和Rh-3A的發(fā)光衰減曲線，插圖為近紅外相機壽命成像的樣品圖片。Rh-1A、Rh-2A、Rh-3A分別為Rh-1、Rh-2、Rh-3在水溶液中的組合體。

圖2.（a）Rh-2A/ fbs標記巨噬細胞的NIR-II發(fā)光成像。（b）Rh-2A/FBS(洋紅色)和磷脂包封β-NaErF4@NaYF4(綠色)在808 nm激發(fā)下的歸一化發(fā)射光譜。（c）細胞追蹤實驗簡化示意圖。（d）血管中Rh-2A/ fbs標記巨噬細胞的雙色成像。（e）急性炎癥小鼠模型簡化示意圖。（f）尾靜脈注射Rh-2A/ fbs標記的巨噬細胞后炎癥區(qū)巨噬細胞募集的多路成像。（g）LPS誘導的皮膚炎癥(LPS+，藍色)和健康區(qū)(Ctrl，黃色)成像區(qū)巨噬細胞數(shù)量對比。

圖3.（a）含有Rh-3A/FBS的毛細血管被模擬組織(1%脂肪乳劑)覆蓋前后的發(fā)光強度圖像和壽命圖像。（b）Rh-3A/FBS相對于脂肪乳劑浸泡深度的歸一化強度和壽命。（c，f） 熒光與壽命成像比較模型示意圖。（d，e，g）熒光與壽命成像比較結果。激發(fā):808 nm。比例尺:5mm。

參考文獻:

Ben Shi#, Lu Zhang#, Kui Yan, Jiang Ming, Zihan Chen, Ying Chen, Haisheng He, HongxinZhang, Lixin Wang, Shangfeng Wang* and Fan Zhang*, Angew. Chem. Int. Ed., 2024, e202410118.

| 儀器1

近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)（NIR-II-LT）

NIR-II fluorescence lifetime imaging system

本文利用NIR-II-LT完成了小鼠活體肝臟和胃的熒光壽命成像實驗。NIR-II-LT是一款長熒光壽命（微秒-毫秒）成像的近紅外二區(qū)系統(tǒng)，用于表征體內或體外探針的熒光壽命信息。搭載深度制冷的InGaAs近紅外相機能夠滿足長時間曝光成像，尤其對于弱光能有很高的采集效率。開發(fā)的熒光壽命成像軟件功能一鍵操作，可方便的實現(xiàn)樣品信號采集、參數(shù)調節(jié)、熒光壽命擬合等一系列操作，獲得*終熒光壽命數(shù)據(jù)。成像視野2 cm×2 cm。除此之外，系統(tǒng)仍然具有寬場熒光成像功能，可利用軟件電動切換成像模式。系統(tǒng)配有三維平移臺（集合了自動加熱裝置），選配激光器、X射線、近紅外LED等等。該NIR-II-LT可應用于活體內多組分定量分析、活體內免疫組化分析、活體細胞標記以及活體內腫瘤微環(huán)境的定量傳感分析，實現(xiàn)熒光強度成像無法實現(xiàn)的深組織定量分析等。

| 儀器2

近紅外二區(qū)顯微成像系統(tǒng)M-NIR-II

NIR-II microscopic imaging system

文中巨噬細胞活體追蹤及多色成像實驗均采用近紅外二區(qū)顯微成像系統(tǒng)M-NIR-II進行的。該M-NR-II系統(tǒng)相機性能優(yōu)異，具有三種深度制冷的InGaAs近紅外相機可供用戶自由選擇。配備多款不同倍數(shù)的物鏡，能夠實現(xiàn)多種微區(qū)視野高信噪比活體成像。可選配多重波長激光器、X射線、近紅外LED等多種激發(fā)光源。可搭配多個相機，動態(tài)實時示蹤活體多種不同標記物。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實現(xiàn)圖像采集與處理一體化，圖像處理功能強大，終身免費升級。該系統(tǒng)可應用于腫瘤局部成像、微血管造影、細胞染色實驗、活體細胞示蹤、免疫細胞互作機理研究、癌細胞遷移以及病理切片分析等。