當(dāng)前位置 > 首頁(yè) > 技術(shù)文章 > 高吸光系數(shù)染料協(xié)同實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)熒光成像和近紅外一區(qū)光熱療法

選型 | 市場(chǎng) | 應(yīng)用 | 使用 | 法規(guī) | 技術(shù) | 其他

高吸光系數(shù)染料協(xié)同實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)熒光成像和近紅外一區(qū)光熱療法

瀏覽次數(shù)：1847　發(fā)布日期：2021-7-13　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

本文要點(diǎn)：光治療學(xué)是利用光子學(xué)的能量產(chǎn)生熒光和光熱效應(yīng)的一門新興的原位診斷和實(shí)時(shí)治療技術(shù)。由于光穿透更深，在NIR（700-900 nm) 區(qū)域具有吸光度的光熱療法極具吸引力，并且可以有效地將吸收的近紅外光能轉(zhuǎn)化為 NIR-II(1000-1700 nm) 熒光信號(hào)和同時(shí)加熱。光熱療法 (PTT) 可以將產(chǎn)生的熱量用于光可控、無(wú)創(chuàng)且有效的治療方式。

盡管具有NIR-II 熒光和光熱效應(yīng)的有機(jī)材料已被廣泛研究用于腫瘤的準(zhǔn)確診斷和治療，但優(yōu)化兩者的輸出信號(hào)仍然具有挑戰(zhàn)性。由于光子吸收的增加可以自然地增強(qiáng)輸出信號(hào)，因此在這里作者提出了通過(guò)“擴(kuò)大吸收庫(kù)”來(lái)合成具有高吸光度和極好的信號(hào)輸出的NIR-Ⅱ染料以解決這個(gè)問(wèn)題。作者利用具有強(qiáng)吸光能力的二酮吡咯并吡咯（DPP）衍生物以擴(kuò)大吸收能力。同時(shí)，為了有效防止分子間 π-π 相互作用，將兩個(gè)高度扭曲的部分三苯胺（TPA）和烷基噻吩-苯并雙噻二唑-烷基噻吩（AT-B-AT）接枝到 DPP上。隨后，作者為了優(yōu)化吸光度，設(shè)計(jì)了分別具有一個(gè)和兩個(gè)DPP單元的共軛熒光團(tuán)TADAT和 TDADT（如圖2a）。作者通過(guò)測(cè)量?jī)烧叩牧孔赢a(chǎn)率和光熱轉(zhuǎn)變效率（PCE），TDADT顯示出更好的光物理性質(zhì)。隨后作者通過(guò)高斯軟件計(jì)算了化合物中不同部位之間的二面角，以證實(shí)高度扭曲的結(jié)構(gòu)可以限制分子間相互作用以增強(qiáng)聚集狀態(tài)的熒光量子產(chǎn)率（如圖2b）。

圖1：NIR-II熒光成像引導(dǎo)手術(shù)和腫瘤的NIR-I PTT擴(kuò)大吸收庫(kù)的分子設(shè)計(jì)策略

作者通過(guò)UV-vis-NIR和光致發(fā)光光譜來(lái)檢測(cè)TADAT、TDADT兩個(gè)化合物的光物理性質(zhì)（如圖3）。由于考慮到生物相容性，作者研究了聚集狀態(tài)下的光物理性質(zhì)。作者通過(guò)在兩種化合物的THF溶液中加入不同體積的水以測(cè)定不同質(zhì)量百分比水的溶液中，兩個(gè)化合物的光致發(fā)光熒光強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在fw≤30%時(shí)，熒光強(qiáng)度隨著fw的增加逐漸減小，當(dāng)fw＞30%，熒光強(qiáng)度先增加后減小，這是AIE和ACQ效應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)作者得出結(jié)論，在fw為90%時(shí)，化合物仍然保持高水平的熒光強(qiáng)度。

圖2：a) TADAT和TDADT的化學(xué)式。b)優(yōu)化的基態(tài)(S0)幾何結(jié)構(gòu)。c) B3LYP/6-311g(d, p)理論水平給出的 LUMO 和 HOMO 示意圖

考慮到在生物應(yīng)用中的水分散性和延長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間，作者將兩個(gè)化合物與DSPE-PEG2000結(jié)合制備成相應(yīng)的納米顆粒。作者通過(guò)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)TDADT NPs相比于TADAT NPs紅移。作者也測(cè)定了DADT NPs和TADAT NPs的光熱性能，兩種納米顆粒在808nm 0.5W/cm2的照射下，5分鐘溫度可以達(dá)到81℃，表現(xiàn)出良好的光熱性能。

圖3：TADAT 和 TDADT 的光物理特性。a,d) TADAT 和 TDADT 在 THF 和 THF/H2O 混合物中的摩爾消光系數(shù)（fw=95vol%）。b,e)THF/水混合物中PL強(qiáng)度隨 fw 的變化。c,f) 不同峰（1270、1114 和 986 nm）的熒光強(qiáng)度對(duì)不同fw 的響應(yīng)。

為了評(píng)估 NPs 在體內(nèi)的 NIR-II 成像性能，作者進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)和疾病診斷密切相關(guān)的血管造影術(shù)。向血液中注射NPs后，在1250nm下進(jìn)行大腦皮層和后肢成像（如圖5a、5b）。動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管都可以通過(guò)處理后5分鐘的 NIR-II 熒光信號(hào)的方向清晰地顯示出來(lái)，從而提供血液循環(huán)系統(tǒng)的準(zhǔn)確映射。為了進(jìn)一步確定NPs的可行性，作者隨后又實(shí)施了活體的前哨淋巴結(jié)成像（如圖5c）。

圖4：TADAT 和 TDADT NPs 的光物理特性。a）制備NIR-II NPs的圖示。所得納米顆粒具有 NIR-II 熒光和光熱特性，其中黃色暈圈和火焰圖案分別代表 NPs 產(chǎn)生 NIR-II 熒光和熱的能力。b）NP的吸光度和熒光光譜。c) NPs (1000-1400nm)的積分熒光光譜隨 808 nm 處不同吸光度的變化。d) 具有不同 LP 濾光片（左）和不同組織深度（右）的NPs(50 µM) 的體外 NIR-II 熒光圖像。e) TADAT、TDADT NPs和ICG(50 µM)在808nm激光照射(0.5 W cm−2)下的溫度變化。f)TADAT、TDDDT NPs 和 ICG (50 µM) 在加熱-冷卻過(guò)程（五次循環(huán)）下的抗光漂白特性。g) TDADT NPs 在不同濃度的 808 nm 激光照射下的光熱特性。

基于TDADT NPs出色的體內(nèi)NIR-II成像能力，作者想要發(fā)現(xiàn)在術(shù)前評(píng)估和術(shù)中觀察中容易被忽視的微小腫瘤結(jié)節(jié)。作者通過(guò)將TDADT NPs靜脈注射進(jìn)腹膜癌病模型的小鼠體內(nèi)并在12h后進(jìn)行成像，腫瘤的生物發(fā)光信號(hào)與 NIR-II 熒光信號(hào)完全重疊，表明 NPs 在腫瘤部位有效積累（如圖6a）。通過(guò)4T1荷瘤小鼠的抗腫瘤生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，作者評(píng)估了TDADT-NPs的體內(nèi)光熱性能。作者對(duì)“鹽水+激光”、“TDADT NPs+激光”兩組的小鼠進(jìn)行熱成像觀察，TDADT NPs 組小鼠的腫瘤顯示出從37°C到68°C 的顯著的溫度升高，而從“鹽水”組觀察到的溫度變化可以忽略不計(jì)。通過(guò)監(jiān)測(cè)16天的腫瘤體積變化，作者進(jìn)一步研究了TDADT NPs的體內(nèi)光熱治療能力。實(shí)驗(yàn)表明“TDADT NPs + laser”組的腫瘤幾乎被消除，而其他三組的腫瘤生長(zhǎng)速度呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，隨后通過(guò)H&E染色證實(shí)了TDADT NPs有良好的生物相容性。

圖5：使用TDADT 和TADAT NP（500 µM，200 µL）（1250 nm LP,600ms，20mW cm-2）進(jìn)行體內(nèi)NIR-II熒光成像。分別在 5 分鐘、5 分鐘和8小時(shí)施用NPs 后，a) 腦血管、b) 后肢血管和 c) 淋巴結(jié)的熒光成像。

圖6：未使用和使用 TDADT NPs（500 µM，200 µL）熒光引導(dǎo)手術(shù)進(jìn)行腫瘤切除。a)手術(shù)前后腹腔腫瘤的生物發(fā)光和NIR-II熒光成像數(shù)據(jù)。b)非引導(dǎo)和圖像引導(dǎo)組切除結(jié)節(jié)的生物發(fā)光和 NIR-II成像。c)切除的結(jié)節(jié)直徑的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖7：a) 在激光照射（808nm，0.75 W cm-2）下不同時(shí)間施用 TDADT NPs的4T1荷瘤小鼠的紅外熱成像。分別為靜脈注射NPs（500 µM，200 µL）和生理鹽水12h后，進(jìn)行激光照射。b)腫瘤部位溫度隨808nm激光 (0.75 W cm-2)的照射時(shí)間而變化，這是 (a) 數(shù)據(jù)的反映。c) 不同治療組小鼠的腫瘤生長(zhǎng)曲線。d) 不同治療組小鼠體重隨治療后時(shí)間的變化。

參考文獻(xiàn)

Li Y, Zhang J, Liu S, et al. Enlarging Reservoir: High Absorption Coefficient Dyes Enable Synergetic Near Infrared‐II Fluorescence Imaging and Near Infrared‐I Photothermal Therapy[J]. Advanced Functional Materials, 2021.

⭐️ ⭐️ ⭐️

紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS

NIR-II in vivo imaging system