化學(xué)發(fā)光（Chemiluminescence）是一種不需要外部光源激發(fā)，由特定的化學(xué)反應(yīng)所引發(fā)的一種發(fā)光現(xiàn)象。與熒光成像不同，化學(xué)發(fā)光成像不需要外部光源激發(fā)。由于消除了來自散射光和自體熒光的背景干擾, 化學(xué)發(fā)光能夠提供更好的靈敏度和更高的信噪比。同時，無外部光源激發(fā)也避免了光源照射所產(chǎn)生可能損害機(jī)體的熱效應(yīng)以及廣域成像中光斑照射不均勻所引起的信號失真。目前已報道的化學(xué)發(fā)光體系發(fā)射波長主要集中在400-850 nm之間，受可見區(qū)強(qiáng)烈的光散射和組織吸收限制，化學(xué)發(fā)光成像的穿透深度和信噪比有待進(jìn)一步提升。因此，發(fā)掘和探索生物組織穿透深度和信噪比更高的近紅外二區(qū)（NIR-II）（1000-1700 nm）化學(xué)發(fā)光探針是一個巨大的挑戰(zhàn)。

某大學(xué)教授團(tuán)隊通過一步Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種斯托克斯位移大、抗氧化性好的D-A-D結(jié)構(gòu)染料分子BTD540和BBTD700，在此基礎(chǔ)上制備的近紅外二區(qū)化學(xué)發(fā)光探針在H₂O₂存在下，H₂O₂首先與化學(xué)發(fā)光底物CPPO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不穩(wěn)定、高能量的活性中間體（1,2-dioxetanedione intermediate，DOD），此活性中間體將能量通過化學(xué)發(fā)光能量共振轉(zhuǎn)移（CRET）傳遞給受體分子BTD540，進(jìn)一步通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）將能量傳遞給BBTD700，*終發(fā)射BBTD700的近紅外二區(qū)信號。近紅外二區(qū)化學(xué)發(fā)光探針對H₂O₂選擇性高，體外模擬組織穿透深度達(dá)~ 8 mm。在小鼠淋巴和關(guān)節(jié)炎癥模型中，與近紅外二區(qū)熒光成像相比，近紅外二區(qū)化學(xué)發(fā)光探針成像信噪比比熒光成像分別高3.4和4.5倍，體現(xiàn)出近紅外二區(qū)化學(xué)發(fā)光探針在活體成像中的應(yīng)用前景。該研究成果于2020年6月27日在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2020,59, 18380 –18385. ）。

圖1. BTD540、BBTD700和CPPO的結(jié)構(gòu)式、產(chǎn)生NIR-II區(qū)化學(xué)發(fā)光機(jī)理及生物應(yīng)用

參考文獻(xiàn):

Yanling Yang, Shangfeng Wang, Lingfei Lu, Qisong Zhang, Peng Yu, Yong Fan*, Fan Zhang*. NIR‐II Chemiluminescence Molecular Sensor for In‐Vivo High Contrast Inflammation Imaging. Angew. Chem. Int. Ed., 2020,59, 18380 –18385.

| 儀器

近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了NIR-II窗口小鼠淋巴結(jié)和關(guān)節(jié)病區(qū)域的局部炎癥的化學(xué)發(fā)光和熒光成像實驗。

該小動物活體成像系統(tǒng)功能強(qiáng)大，相機(jī)性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機(jī)可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，成像功能亦可進(jìn)一步升級擴(kuò)展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。