當前，近紅外二區(NIR-II，1000-1700nm)熒光成像在生物醫學基礎研究和腫瘤術中精準切除等臨床轉化方面展現出應用前景。相較于近紅外一區(NIR-I，700-1000 nm)，近紅外二區熒光成像具備的在生物體內散射低、組織穿透深且成像分辨率高的優勢，使其被視為頗具發展潛力的影像技術。
然而，受限于熒光成像的固有缺點，如較小的斯托克斯(Stokes)位移和較短的光學壽命，近紅外二區熒光成像在動物活體內高分辨、高質量的實時成像效果尚不理想，仍有較大的提高空間。如何進一步從成像探針和成像方法方面，重新思考與設計近紅外二區成像，是突破現有近紅外二區成像生物應用瓶頸的關鍵。
近日，中國科學院自動化研究所研究員胡振華、武漢理工大學副研究員常柏松、中科院上海藥物研究所教授程震、武漢理工大學教授孫濤壘合作，創新性地開發出近紅外二區磷光成像(NIR-II phosphorescent imaging)探針及技術，首次將磷光拓展到近紅外二區區域，為探索面向重大疾病的特異性成像提供了新思路和新策略，為疾病的在體早期診斷、術中導航治療提供了新的強有力的工具。相關成果(A phosphorescent probe for in vivo imaging in the near-infrared II window)發表在Nature Biomedical Engineering上。
本研究通過金屬離子交換機理，制備出具有空心結構的CuISe納米管，利用氫鍵誘導的受限自組裝原理，改變了納米探針的受激態衰減過程，將近紅外二區(最大發射峰在1130nm左右)磷光探針CuISe納米管的熒光壽命從73ns延長到336μs。基于CISe納米探針的熒光-磷光轉變機理，本研究還開展了小動物活體實時近紅外二區磷光成像實驗。實驗結果表明，正常組織的背景噪聲得到明顯抑制，近紅外二區磷光成像具有顯著的腫瘤特異性。尾靜脈注射CISe納米探針24h后，腫瘤的信噪比可達190，血管分辨率可達7.6μm，顯示出近紅外二區磷光成像具有在動物活體內高分辨、高質量實時成像的能力。
近紅外二區成像技術具有頗高的臨床轉化潛力。此前，中科院分子影像重點實驗室及合作團隊在國際上首次實現了近紅外二區熒光成像的臨床轉化。實驗結果表明，與傳統成像技術相比，使用近紅外二區熒光成像能夠發現更多的腫瘤原發灶和轉移灶，相關成果發表在Nature Biomedical Engineering上，而此次研究進一步把磷光拓展到近紅外二區區域，可以實現腫瘤及血管更高分辨率、更高對比度、更大穿透深度的成像，在腫瘤更高特異性的早期精準診斷與術中熒光引導腫瘤精準切除等臨床應用中看得更深、看得更清，對于繼續推動近紅外二區成像技術的臨床轉化工作具有重要意義。
研究工作得到國家重點研發計劃“納米科技”重點專項、國家自然科學基金等的資助。
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