活體熒光成像技術(shù)具有操作簡單、成像速度快、靈敏度高、無電離輻射等優(yōu)點，為深入地了解生物體的解剖結(jié)構(gòu)和生理活動提供了新的工具，從而成為了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展快、應(yīng)用廣泛的成像技術(shù)之一。然而，活體熒光信號在生物體內(nèi)通常會受到光子和生物組織之間相互作用的影響，例如吸收、反射、散射和眾多生物分子的自發(fā)熒光等。與可見區(qū)（Vis：400～760 nm）和近紅外一區(qū)（NIR-I：760 ～1 000 nm）熒光成像相比，近紅外二區(qū)（NIR-II：1 000～1 700 nm）熒光成像由于具有厘米級的穿透深度、高的時間空間分辨率和信噪比、以及低的背景噪音等優(yōu)點而備受關(guān)注，因此設(shè)計并開發(fā)高質(zhì)量的NIR-II熒光探針逐漸成為研究熱點。在這樣的研究背景下，國內(nèi)外研究者們陸續(xù)發(fā)展了不同的NIR-II熒光探針用于無創(chuàng)性的NIR-II腦熒光成像。與傳統(tǒng)的腦成像模式不同，NIR-II腦成像是一種將腦部生理活動可視化的技術(shù)，具有無創(chuàng)性、精準(zhǔn)性、實時性和分辨率高等優(yōu)點，為實現(xiàn)可視化大腦的生物過程提供了新穎的工具和技術(shù)。
▍NIR-II 熒光探針
隨著對NIR-II熒光成像的不斷探索，目前已涌現(xiàn)了許多不同類型的NIR-II熒光探針。
（1）金納米簇（Au NCs）：通常是由幾個到幾十個金原子組成，尺寸一般小于2 nm，介于表面等離子體共振的金納米顆粒與單個金原子之間。由于尺寸效應(yīng)，Au NCs的能級變得不連續(xù)，從而展現(xiàn)出了獨特的NIR-II熒光性質(zhì)；（2）量子點（QDs）：是一種半徑為2～10 nm的半導(dǎo)體納米晶，具有光譜范圍寬、光穩(wěn)定性強(qiáng)、量子產(chǎn)率高等優(yōu)點。與含有汞、鉛、鎘等劇毒成分的大多數(shù)量子點相比，新型量子點采用更低毒性的元素或者表面修飾的方法，從而可以降低生物毒性，提高生物安全性；（3）稀土發(fā)光材料（RENPs）：通常由基質(zhì)、敏化劑和激活劑三個部分組成，具有Stokes位移大、量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。RENPs不僅可以通過合理地選擇基質(zhì)、敏化離子和發(fā)光離子實現(xiàn)優(yōu)異的NIR-II發(fā)光，還可以通過離子摻雜、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等方法提高NIR-II發(fā)光強(qiáng)度；（4）有機(jī)熒光染料：具有結(jié)構(gòu)確定、分子量小、代謝快及毒性低等優(yōu)點。目前，其主要可分為兩種類型的結(jié)構(gòu)，一種是以苯并雙噻二唑（BBTD）為核的電子供體-受體-供體（D–A–D）的熒光團(tuán)，而另一種則是以聚次甲基為骨架的具有D–π–A結(jié)構(gòu)的花菁類染料；（5）復(fù)合型的NIR-II熒光探針：通過復(fù)合不同類型的NIR-II探針，以提升材料的發(fā)光性能。除發(fā)光性能外，這些探針的生物安全性是其走向臨床應(yīng)用的另一關(guān)鍵因素。基于此，研究者們通過表面修飾、構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu)、采用低毒性元素等方法以降低自身毒性或提高生物相容性，從而進(jìn)一步推動了NIR-II熒光成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究。
▍腦成像應(yīng)用研究
NIR-II腦熒光成像為大腦的血管、腫瘤、炎癥和退行性疾病提供了全新的成像手段，對于研究其復(fù)雜的功能及相關(guān)疾病的診斷和治療等方面有著重要的應(yīng)用價值。
腦血管成像：在大腦中包含著許多極為精密的血管，而腦血管在NIR-II熒光窗口的可視化極大地推進(jìn)了NIR-II熒光成像在腦疾病診斷方面的研究。例如，香港中文大學(xué)唐本忠院士課題組采用了NIR-II熒光寬場顯微鏡準(zhǔn)確地可視化不同深度的（50～600 μm）小鼠腦血管系統(tǒng)，并通過分析隨時間變化的NIR-II熒光成像圖可計算得出小鼠大腦動脈分支與主干的平均血流速度，從而為血管性腦疾病診斷提供了可靠的可能。圖1：不同深度的小鼠腦血管NIR-II熒光顯微鏡成像圖
腦膠質(zhì)瘤成像：腦膠質(zhì)瘤通常呈彌散性生長，具有極高的浸潤能力，難治愈，易復(fù)發(fā)，是常見的原發(fā)性顱內(nèi)惡性腫瘤。研究者們通常通過對NIR-II探針進(jìn)行靶向修飾以實現(xiàn)無創(chuàng)的具有高空間分辨率和高信噪比的顱內(nèi)微小腫瘤成像，其不僅可以測量出腫瘤大小還可以描繪出腫瘤邊緣，這為更加精確地NIR-II熒光成像手術(shù)導(dǎo)航奠定了良好基礎(chǔ)。
炎癥性腦疾病成像：過量的活性氧和活性氮（ROS/RNS）是腦卒中、腦炎、腦損傷等多種炎癥性疾病的重要特征，因此可以通過采用ROS/RNS的探針激活策略實現(xiàn)病灶區(qū)域的NIR-II熒光成像。這類探針往往本身沒有熒光或熒光被猝滅，但其可響應(yīng)病灶微環(huán)境內(nèi)ROS/RNS，將熒光信號從“off”模式切換為“on”模式，從而成功地將正常組織和腫病灶區(qū)域區(qū)分開來。
退行性疾病成像：臨床上的退行性疾病包括阿爾茨海默癥（AD）、帕金森（PD）、額顳葉癡呆癥和癲癇等，這些疾病大多是由神經(jīng)退行性過程引起，容易造成功能障礙，使智力減退或認(rèn)知力喪失等。世界衛(wèi)生組織預(yù)測，在未來20年內(nèi)，退行性疾病將成為僅次于心血管疾病的第二大常見死亡原因。因此，亟需盡可能早地對這類疾病進(jìn)行診斷與干預(yù)。這類探針往往可以與疾病的特異性標(biāo)志物（例如Aβ斑塊）結(jié)合，隨后通過分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）效應(yīng)激活其NIR-II熒光發(fā)射，從而為無創(chuàng)性退行性疾病診斷奠定了基礎(chǔ)。
文章來源互聯(lián)網(wǎng)
