改进的有机荧光团在成像和传感中的应用

高信噪比的深部组织成像

基于光致发光(PL)的生物医学成像为生物过程动态的无创实时可视化提供了一种可行的方法。但传统荧光团由于激发和发射波长短(< 900 nm)，穿透深度严重不足，导致深部组织成像信噪比较低。近年来，科学家们通过将光谱红移至近红外II区(900-1700 nm)，并通过结构修饰提高亮度、水溶性和光稳定性，显著提高了荧光成像的穿透深度，成功实现了生物体内深部病变或高信噪比生理过程的可视化。

2015年，Dai、Cheng、Hong等人基于D-A-D染料开发了一种NIR II荧光分子CH1055。为了提高水溶性，他们将多个peg掺入CH1055中。CH1055-PEG在1055 nm处显示出最大发射，水溶性好，通过肾脏排泄的代谢效率高(24小时内通过肾脏清除90%)。使用该分子，他们实现了小鼠淋巴血管和血液的成像，淋巴结成像的分辨率高于ICG。得益于良好的被动肿瘤摄取，该分子也可用于完整小鼠头皮和颅骨的非侵入性脑肿瘤鉴定(深度约为4mm)。此外，他们证实了NIR II成像比NIR I成像具有更高的肿瘤与正常组织之比(5倍)，并进一步将荧光团及其衍生物应用于精确的图像引导肿瘤切除手术。随后，他们将磺酸基掺入CH1055中，生成水溶性近红外II荧光团CH-4T。CH-4T与血浆蛋白结合，进一步提高亮度。    

这些组件能够以超高的时间分辨率对旋转的心脏周期进行动态成像。Zhang等在蓝蛋白骨架的基础上，构建了具有近红外激发和发射特征(1064/1080 nm)的近红外染料FD-1080(图8d)。[12a]与波长较短的激发染料(<980 nm)相比，该染料具有优势的穿透深度和成像分辨率。FD-1080还可以通过呼吸颅足运动的动态成像对呼吸频率进行量化分析。在染料的基础上，他们通过增加共轭体系进一步设计了荧光团LZ1105。]荧光团具有较长的血液循环时间，可用于监测血管的动态过程，包括溶栓、缺血再灌注、血脑屏障(BBB)的打开和恢复。

Sletten及其同事开发了近红外II型荧光团PhosphoChem7。该荧光团表现出优异的水溶性，受益于四个磷酸官能团的掺入。值得注意的是，这些功能作为钙离子结合模块，也使荧光团在清醒和运动小鼠中具有骨成像能力。此外，其他花青素样或D-A-D型近红外对比剂，以及具有近红外发射能力的改性BODIPY和罗丹明染料也已在体内应用于高质量的单色近红外成像。