圖1. AIE材料用于長(zhǎng)波長(zhǎng)NIR-II的大體積動(dòng)物活體熒光成像

香港科技大學(xué)唐本忠院士和浙江大學(xué)錢駿教授報(bào)道了高亮度和高穩(wěn)定的NIR-II AIE材料實(shí)現(xiàn)大體積動(dòng)物的活體功能成像，包括大鼠活體腦部血管大深度顯微成像，可視化的腦卒中成像和主要器官（胃腸道和膀胱）顯影等（圖1）。在該研究工作中，作者設(shè)計(jì)并合成了一種NIR-II發(fā)光的AIE分子BPN-BBT（圖2），該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其分子量只有780，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。分子的核心部分是一個(gè)平面的共軛結(jié)構(gòu)，因此具有很高的摩爾消光系數(shù)（3.02 × 10⁴ L mol^-1 cm^-1）；同時(shí)可以自由運(yùn)動(dòng)的苯環(huán)和萘環(huán)取代基賦予了**的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）特性，使組裝成的納米顆粒具有很高的熒光量子產(chǎn)率（5.7%）。通過(guò)FDA認(rèn)證安全無(wú)毒的雙極性分子（Pluronic F-127）對(duì)BPN-BBT進(jìn)行修飾包覆，獲得了具有**生物相容性和穩(wěn)定性的AIE納米顆粒，適合活體成像應(yīng)用。

圖2. 具有強(qiáng)吸收和高亮度的NIR-II AIE分子及其組裝成高穩(wěn)定的納米顆粒

由于AIE納米顆粒具有很寬的發(fā)射光譜范圍，作者研究了不同波段（900, 1000, 1100, 1200 nm以上）的熒光特性（圖3）。雖然熒光量子產(chǎn)率隨著波段的紅移而降低，腦部血管成像的空間分辨率和信噪比卻隨著波段范圍的紅移而明顯提高，即利用1200 nm以上的部分發(fā)光可以實(shí)現(xiàn)好的成像效果。這主要是由于生物組織的散射隨著波長(zhǎng)的紅移而迅速降低造成的。作者進(jìn)一步研究了大鼠腦血管的長(zhǎng)波長(zhǎng)NIR-II（>1200 nm）熒光成像（圖4）。尾靜脈注射AIE納米顆粒至大鼠體內(nèi)后在793 nm光激發(fā)下，利用NIR-II熒光顯微成像系統(tǒng)獲得了高對(duì)比度的大鼠腦血管NIR-II熒光成像，在700 ?m深度仍然可以清晰地觀測(cè)到直徑約為9.1 ?m的毛細(xì)血管，是目前大鼠腦部血管造影的結(jié)果。

圖3. 不同波段范圍的大鼠腦部血管成像結(jié)果對(duì)比

圖4.大鼠腦部不同深度與大視野腦血管的活體長(zhǎng)波長(zhǎng)NIR-II熒光顯微成像

作者進(jìn)一步建立了大鼠的腦卒中模型，即在大鼠頸動(dòng)脈內(nèi)放入線栓，造成頸部動(dòng)脈內(nèi)膜的損傷，進(jìn)而使該區(qū)域血液流動(dòng)發(fā)生變化，激活凝血系統(tǒng)促進(jìn)血小板的凝集而阻塞血管形成血栓。作者利用NIR-II熒光顯微成像實(shí)時(shí)觀測(cè)了大鼠腦卒中的形成過(guò)程，并對(duì)血栓形成前后的同一個(gè)腦血管區(qū)域進(jìn)行NIR-II熒光成像并進(jìn)行對(duì)比，可以明顯地看到血栓的部位（圖5）。該結(jié)果說(shuō)明NIR-II AIE材料可以**地監(jiān)測(cè)大動(dòng)物腦部疾病的早期形成和發(fā)展過(guò)程。

圖5. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大鼠腦部血栓形成前后的血管結(jié)構(gòu)變化