張凡教授團隊報道了吸收/發(fā)射波長大于1300nm的有機菁染料J-聚集體用于近紅外第二窗口生物動態(tài)熒光成像
近日，化學系張凡教授研究團隊（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）報道了最大吸收和發(fā)射波長均大于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(guī)則排列的J-聚集體。相對于染料單體，J-聚集體的最大吸收和發(fā)射峰均紅移了300 nm，成功實現(xiàn)了1500 nm以上的近紅外第二窗口動態(tài)血管成像監(jiān)測。相關(guān)研究論文“J-Aggregates of Cyanine Dye for NIR-II in Vivo Dynamic Vascular Imaging beyond 1500 nm”在線發(fā)表于《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(yī)學成像方法對于疾病的診斷和預(yù)后至關(guān)重要。其中，熒光成像具有較高的靈敏度、分辨率和快速響應(yīng)等優(yōu)勢，但組織穿透深度較低。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)近紅外第二窗口熒光對于活體成像具有較大的潛力，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。這一發(fā)現(xiàn)帶動了活體光學成像的快速發(fā)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(qū)探針受到研究人員的關(guān)注。相對于上述無機材料，由于有機分子探針具有相對分子量較小，易于代謝，生物毒性低等優(yōu)勢，對于未來的生物醫(yī)用轉(zhuǎn)化具有更大的潛力。然而目前有機熒光染料僅通過結(jié)構(gòu)修飾很難實現(xiàn)最大吸收波長和發(fā)射波長均超過1300 nm。因此急需開發(fā)一種簡單的制備方法用于擴展有機熒光染料的最大吸收和發(fā)射波長，并用于1500-1700 nm范圍內(nèi)的近紅外第二窗口區(qū)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(fā)了一種新型的近紅外第二窗口熒光染料FD-1080 J-聚集體，其最大吸收和發(fā)射波長分別位于1360 nm和1370 nm，并且表現(xiàn)出了優(yōu)異的水溶性和光穩(wěn)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于較短波長的成像區(qū)域，位于1500 nm以上的熒光成像具有更好的生物組織穿透深度、成像分辨率和信噪比。此外，研究人員還成功利用J-聚集體實現(xiàn)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(jiān)測。該工作得到了復(fù)旦大學化學系、復(fù)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、國家自然科學基金杰出青年基金、上海市科學技術(shù)委員會重點基礎(chǔ)研究項目的大力支持。
全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10043
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