近紅外二區(qū)熒光探針開(kāi)啟生物成像新視界

2025/11/06 11:03:11

在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，熒光探針一直是科研人員探索微觀世界的得力助手。近年來(lái)，近紅外二區(qū)熒光探針嶄露頭角，以其的優(yōu)勢(shì)為生物成像帶來(lái)了全新變革，成為生命科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷的新寵。，就讓我們深入了解一下這項(xiàng)前沿技術(shù)。
一、傳統(tǒng)困境與近紅外二區(qū)的突破
傳統(tǒng)熒光探針多在400nm - 900nm的可見(jiàn)光和近紅外一區(qū)工作，這個(gè)波段的光在生物組織中面臨重重阻礙。皮膚、脂肪等組織對(duì)其吸收和散射作用明顯，導(dǎo)致穿透深度有限，難以清晰展現(xiàn)深層組織的情況。就好比光線(xiàn)在濃霧中傳播，很快就被散射得失去方向，無(wú)法抵達(dá)更深處。這極大限制了對(duì)體內(nèi)深層病變的檢測(cè)和研究，對(duì)于一些早期隱匿性疾病，傳統(tǒng)熒光探針常?！傲Σ粡男摹?。

圖1：無(wú)機(jī)稀土熒光納米探針

為突破這一困境，科研人員將目光投向波長(zhǎng)900nm-1700nm的近紅外二區(qū)光。近紅外二區(qū)光就像一位“穿透高手”，能更有效地穿透生物組織，大大減少背景干擾，從而獲取更清晰、更準(zhǔn)確的圖像。它的出現(xiàn)，宛如在黑暗中為生物成像開(kāi)辟了一條嶄新的“光明大道”。
二、近紅外二區(qū)熒光探針的設(shè)計(jì)策略
（一）分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移調(diào)控
分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）是近紅外二區(qū)熒光探針設(shè)計(jì)的關(guān)鍵策略。通過(guò)擴(kuò)展共軛骨架、優(yōu)化電子供體（D）-受體（A）強(qiáng)度，科研人員可以巧妙地將吸收/發(fā)射波長(zhǎng)紅移至近紅外二區(qū)。例如，在傳統(tǒng)菁類(lèi)染料基礎(chǔ)上引入強(qiáng)電子給體，顯著增強(qiáng)分子內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移能力，使分子在激發(fā)態(tài)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)“局域激發(fā)”與“電荷轉(zhuǎn)移”，如同兩個(gè)緊密咬合的齒輪協(xié)同運(yùn)作，*將發(fā)射波長(zhǎng)延伸至近紅外二區(qū)波段，實(shí)現(xiàn)了近紅外二區(qū)的熒光發(fā)射，為熒光分子的設(shè)計(jì)提供了全新思路。
（二）空間構(gòu)象與J-聚集效應(yīng)
分子平面化工程通過(guò)增強(qiáng)剛性結(jié)構(gòu)，減少非輻射衰變，提高熒光效率；而扭曲構(gòu)象則能在一定程度上平衡熒光亮度與波長(zhǎng)紅移的矛盾。J-聚集策略利用分子作用力，讓熒光探針的吸收峰紅移200-300 nm?；诒讲㈦p噻唑（BBT）的LZ - 1105探針，通過(guò)π-π堆疊實(shí)現(xiàn)1064 nm激發(fā)的近紅外二區(qū)b區(qū)（1500-1700 nm）發(fā)射，信噪比提升8倍，成像效果大幅提升。

圖2. 花菁染料FD-1080單體及其J-聚集體的性能測(cè)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(zhǎng)；（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(xiàn)；（e）FD-1080 J-聚集體的TEM圖像、分子動(dòng)力學(xué)模擬和J-聚集體示意圖。

（三）特殊骨架與染料修飾
1.BBT/TBZ/TQ骨架：利用強(qiáng)吸電子單元（如噻二唑）構(gòu)建D-A-D結(jié)構(gòu)，TBZ-3探針在1350nm激發(fā)下實(shí)現(xiàn)穿透3 cm肌肉組織的深成像，讓深層肌肉組織的情況清晰可見(jiàn)。
2.花菁染料：引入環(huán)戊烯橋鏈穩(wěn)定polymethine鏈，ICG衍生物在1064 nm激發(fā)下的血管成像分辨率達(dá)25μm，為血管相關(guān)疾病的研究和診斷提供了高精度的成像手段。
3.BODIPY：氟化修飾使發(fā)射波長(zhǎng)延伸至1300nm，用于腦膠質(zhì)瘤邊界*識(shí)別，助力腦膠質(zhì)瘤的手術(shù)治療，提高手術(shù)切除的*度。
4.方酸菁染料：通過(guò)氨基酸修飾實(shí)現(xiàn)腎臟快速清除（90%在6小時(shí)內(nèi)），在發(fā)揮成像功能的同時(shí)，保障了診療的安全性，減少體內(nèi)殘留帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
三、近紅外二區(qū)熒光探針的應(yīng)用成果
（一）腫瘤*診療
1.腫瘤早期檢測(cè)：近紅外二區(qū)熒光探針能實(shí)現(xiàn)對(duì)早期原位肝癌等腫瘤的靈敏活體成像。一種“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”近紅外二區(qū)熒光探針（NDPs），具有近乎理想的零初始熒光特性，可*限度減少正常組織干擾信號(hào)，對(duì)早期原位肝癌檢測(cè)限低至5nM ，能夠在腫瘤還處于微小階段時(shí)就*發(fā)現(xiàn)。

圖3：小鼠腫瘤成像

2.腫瘤治療監(jiān)測(cè)：在腫瘤治療過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治療效果至關(guān)重要。通過(guò)標(biāo)記腫瘤靶向藥物，近紅外二區(qū)熒光探針可以清晰顯示藥物在腫瘤組織中的分布和代謝情況，幫助醫(yī)生及時(shí)調(diào)整治療方案，提高治療效果。
（二）骨骼成像研究
科學(xué)化學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的*熒光探針?lè)肿?，?duì)骨組織具有良好的“親和力”。注射到小鼠體內(nèi)后，迅速聚集在骨組織中，尤其是關(guān)節(jié)、脊柱區(qū)域。在熒光成像儀下，小鼠全身骨骼網(wǎng)絡(luò)輪廓清晰可見(jiàn)，如同給骨頭“點(diǎn)亮了燈”。這種成像方式不僅避免了傳統(tǒng)X光或CT的電離輻射風(fēng)險(xiǎn)，還能動(dòng)態(tài)觀察骨骼代謝過(guò)程、骨質(zhì)疏松等疾病的演變過(guò)程，為骨骼疾病的研究和治療提供了新的視角。
（三）手術(shù)導(dǎo)航輔助
上海交通大學(xué)樊春海團(tuán)隊(duì)研發(fā)的框架核酸熒光點(diǎn)（FDF dots），具有高亮度、厘米級(jí)深層組織穿透性、高光穩(wěn)定性和良好的腫瘤滯留率。應(yīng)用該材料可實(shí)現(xiàn)近單細(xì)胞水平的高靈敏近紅外二區(qū)癌癥成像，并*用于成像引導(dǎo)的微小腫瘤病灶的手術(shù)切除，幫助醫(yī)生在手術(shù)中更*地定位腫瘤，提高手術(shù)*率，減少對(duì)正常組織的損傷。
近紅外二區(qū)熒光探針開(kāi)啟生物成像新視界

圖4：熒光指導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)航
四、數(shù)聯(lián)生物與近紅外二區(qū)熒光探針
上海數(shù)聯(lián)生物一直致力于推動(dòng)生物成像技術(shù)的發(fā)展，在近紅外二區(qū)熒光探針領(lǐng)域有著深入的研究和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們提供一系列高品質(zhì)的近紅外二區(qū)熒光探針產(chǎn)品，涵蓋多種類(lèi)型和功能，滿(mǎn)足不同科研和臨床需求。同時(shí)，我們還為客戶(hù)提供*的技術(shù)支持和定制化解決方案，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到結(jié)果分析，全方位助力科研人員開(kāi)展相關(guān)研究工作。
五、未來(lái)展望
盡管近紅外二區(qū)熒光探針已經(jīng)取得了顯著的成果，但仍面臨一些挑戰(zhàn)，如生物降解性調(diào)控、標(biāo)準(zhǔn)化制備工藝等。不過(guò)，科研的腳步不會(huì)停歇。未來(lái)，*AIE（聚集誘導(dǎo)發(fā)光）材料、雙模態(tài)探針（如PET-近紅外二區(qū)）和動(dòng)態(tài)代謝追蹤技術(shù)將成為研發(fā)重點(diǎn)。相信在不久的將來(lái)，近紅外二區(qū)熒光探針將在疾病早期診斷、用藥、組織工程等更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大突破，為人類(lèi)健康事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)。

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