本文要點：比起在NIR-II(1000-1300nm)和NIR-IIa生物窗口(1300-1400nm)中，在NIR-IIb窗口(1500-1700nm)中具有亮度充足的發光體，可以獲得更好的圖像對比度和更深的組織穿透力。半導體小分子是由π電子離域骨架通過給電子和吸電子單元的共軛配位而構建的，利用可調的分子結構，可以容易地覆蓋整個可見光和近紅外區域。然而，由于缺乏將發射波長增加到1500nm以上的策略，具有NIR-IIb發射的半導體分子很少實現。作者通過硒(Se)取代或氟(F)加成設計具有A-Π-D-Π-A結構的半導體低聚物（SOMs），實現了超過1500 nm的體內高分辨率微結構成像。文章中用IDSe-IC2F NPs在后肢血管、膽道和膀胱中明亮的NIR-IIb發射，成功地顯示發射波長超過1500nm活體小鼠的精確微結構。近紅外二區活體成像系統 - MARS

圖1.NIR-II分子的合成和分子結構

如圖1所示，化合物1通過Stille偶聯反應合成中間體IDX-OT（X=S or Se）,中間體IDS-OT和IDSe-OT通過與丙二腈衍生物反應得到IDS-IC和IDSe-IC，IDSe-OT還可以與被F取代丙二腈衍生物進行反應得到IDSe-IC2F，由圖1c可知，這三個SOMs都是A-Π-D-Π-A結構。

圖2.NIR-II半導體低聚物的理論模擬和實驗光學性質。

（a）優化的分子幾何構型；（b）S0態的HOMOs和LUMOs的分布和能級；（c）分子在THF中的吸收光譜和發射光譜。

如圖2c所示，在808nm的激發波長下，三種SOMs在900-1350nm都具有明亮的熒光，其中IDSe-IC2F 的吸收和發射波長都表現出紅移，這可能是由于Se取代和F加成反應導致HOMO和LUMO之間的能隙減小造成的，并且IDSe-IC2F 的發射波長拖尾甚至超過1350nm。這三種SOMs都具有良好的量子產率分別為20.5%、19.8%、15.1%。所以在三種SOMs中，IDSe-IC2F具有zui hao 的NIR-II響應，后面用IDSe-IC2F進行一系列實驗驗證。

圖3.納米粒子（NPs）的表征和近紅外二區的體內成像

（a）SOMs NPs制備示意圖；（b）IDSe-IC2F NPs的透射電子顯微鏡成像（TEM）和動態光散射（DLS）數據；（c）IDSe-IC2F NPs水分散體的吸收光譜和發射光譜；（d）三種SOM NPs在793 nm激光照射下的NIR-IIb的發射光譜。插圖：對應的NIR-IIb熒光圖像；（e）在793 nm激光(~30mW·cm-2)照射2h下，與不同介質孵育的IDSe-IC2F NPs的光穩定性；（f）使用不同的長通濾光片對IDSe-IC2F NPs標記的血管進行全身成像，并進行相應的信號背景比（SBR）分析

利用兩親性聚合物DSPE-PEG2000與SOMs共組裝，制備水分散納米顆粒SOM NPs(圖3a)。如圖3b所示，IDSe-IC2FNPs的外貌呈現出均勻球形，流體動力學直徑約為68 nm。比起自由分子，IDSe-IC2F NPs的吸收和發射光譜呈現出明顯的紅移（圖3c），尤其是其具有超過1800nm的發射尾巴（圖3b）。細胞毒性實驗也顯示出其具有良好的生物相容性。如圖3e所示，在水、PBS、FBS中熒光強度變化不明顯，結果表明其具有良好的光穩定性。

為了證明IDSe-IC2F NPs的優點，將其在PBS中的分散體靜脈注射到小鼠尾靜脈，并使用具有不同長波通濾光片(1000、1300和1500nm)的InGaAs探測器進行全身熒光血管成像(圖3f)。比起1000nm濾光片拍攝的圖片，1300和1500nm濾光片拍攝的照片具有更好的對比度，背景顯著減少。而且在NIR-IIb窗口的成像對比度分別比NIR-II和NIR-IIa窗口高22.3倍和16.7倍，顯示出IDSe-IC2F NPs在NIR-IIb窗口成像的*性。另外體外成像表明，IDSe-IC2F NPs可能由肝和脾排泄。

圖4.小鼠NIR-II功能微結構成像研究

后肢成像在（a）傳統NIR-II；（b）NIR-IIa；（c）NIR-IIb；（d-f）a-c中紅線的橫截面熒光強度分布顯示了相應的SBR分析；

膽道成像在（g）傳統NIR-II；（h）NIR-IIa；（i）NIR-IIb；（j-l）a-c中紅線的橫截面熒光強度分布顯示了相應的SBR和半峰全寬（FWHM分析）；膀胱wu創近紅外-IIb熒光成像在開腹（m）之前；（n）之后；（o）m和n的合并圖像

生物組織的微觀結構對于生物醫學研究是至關重要的。如圖4a-c所示,在793nm的激光下，靜脈注射IDSe-IC2F NPs，顯示出小鼠后肢血管成像。在NIR-IIb和NIR-IIa窗口中顯示出四個細小的毛細管，但是NIR-IIb成像的SBR更高，而在傳統NIR-II窗口中由于一條血管被埋在背景中，只顯示出三條細小的毛細管（圖4d-f）。結果表明NIR-IIb成像在背景衰減方面是wu yu lun bi。

精確術中膽道成像可以有效地減少膽管損傷及相關并發癥的發生率，提出一種無電離輻射、高分辨率的準確的熒光膽道成像是至關重要的。在膽總管內注射IDSe-IC2F NPs進行NIR-IIb熒光膽道造影，如圖4g-i所示，可以清晰顯示出膽囊管、肝總管、膽囊、膽總管。定量分析膽總管的直徑（圖4j-l），證明了與傳統NIR-II和NIR-IIa相比，NIR-IIb熒光成像的空間分辨率zui高。

逆行注射IDSe-IC2F NPs后，對小鼠膀胱進行了近紅外-IIb wu創深穿透熒光成像。兩幅NIR-IIb圖像中標記的膀胱的大小和形狀在開腹前后都匹配得很好（圖4m-o），展現了IDSe-IC2F NPs良好的生物成像功能。

總結：作者采用了Se取代和F加成的策略，開發了一個新的具有NIR-IIb發射的SOMs庫，實現了超過1500 nm的體內高分辨率微結構成像。利用IDSe-IC2F NPs明亮的NIR-IIb發射，成功地顯示了發射波長超過1500 nm的活體小鼠的精確微結構（包括后肢血管、膽道和膀胱），并且具有高空間分辨率和SBR。這項工作開發了一個優秀的NIR-II半導體熒光團庫，并為開發用于NIR-IIb成像的新材料提供了有用的見解。

參考文獻

Yuan, Y.et al. Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting SmallMolecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500 nm. Adv Mater, e2201263,doi:10.1002/adma.202201263 (2022).

?? ?? ??

近紅外二區小動物活體熒光成像系統 - MARS 

NIR-II in vivo imaging system

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機，活體穿透深度高于15mm

高分辨率 - 定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優于3um

熒光壽命 - 分辨率優于 5us

高速采集 - 速度優于1000fps （幀每秒）

多模態系統 - 可擴展X射線輻照、熒光壽命、一區熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 近紅外二區高分辨顯微系統，兼容成像型光譜儀

有不同型號的樣機可以測試，請聯系：

艾中凱(博士)

132 6299 1861

?? ?? ??

 恒光智影

          上海恒光智影醫療科技有限公司，專注于近紅外二區成像技術。致力于為生物醫學、臨床前和臨床應用等相關領域的研究提供*的、一體化的成像解決方案。自主研發近紅外二區小動物活體熒光成像系統-MARS。

          與基于可見光波長的傳統成像技術相比，我們的技術側重于X射線、紫外、紅外、短波紅外、太赫茲范圍，可為腫瘤學、神經學、心血管、藥代動力學等一系列學科的科研人員提供清晰的成像效果，助力科技研發。

          同時，恒光智影還具備探針研發能力，我們已經成功研發了超過15種探針，這些探針將廣泛地應用于眾多生物科技前沿領域的相關研究中。

??關注我們，查看更多近紅外二區活體成像應用案例??