苏大团队针对更高质量活体生物成像的近红外二区，开发超1500nm有机荧光探针，有望用于...
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“该研究有着非常广阔的应用前景，有望在接下来几年在近红外二区血管造影以及可视化手术导航等多个领域发挥重要作用，可给未来近红外荧光成像导航介导的可视化手术导航提供强大支撑和有效工具。”对于近期发表的新论文，苏州大学药学院教授李盛亮表示。
尽管当前的近红外一区（NIR-I）成像相比可见光波长下的成像，展示出良好的优越性。但是，最近的研究表明近红外二区（NIR-II，1000-1700nm）可以提供更高质量生物活体成像，这主要得益于 NIR-II 区域具有弱的组织自体荧光、低光子散射以及干扰，便于实现信噪比、分辨率和穿透深度等多方面的提升。因此，发展更高亮度的近红外二区成像方法以及工具可以实现更深更精准的生物成像与检测。
近红外荧光成像的技术发展往往受限于探针的发展，高亮度以及具有特殊响应性能的探针材料是荧光成像技术的核心。在过去几年间，经过全球化学材料家以及药学家们的努力，近红外二区荧光探针得到了长足发展，已经发展出多种多样的分子体系，并在荧光成像与活体分析等多个方面取得了一系列重要进展。但是当前仍缺乏高效的探针，特别是高亮度和长波长的荧光材料，这严重限制了该技术的进一步发展和应用。
开发一系列在近红外二区具有高亮度的有机荧光探针
针对上述问题，该团队开发出一系列在近红外二区具有高亮度的有机荧光探针，实现了 NIR-IIb 波长（1000-1700nm）下的全身血管、胆道系统以及脑部血管动力学高分辨成像。
近日，相关论文以《近红外光谱的分子程序设计-NIR-IIb-发射半导体小分子体内高对比度生物成像超越 1500nm》（Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500nm）为题，发表在 Advanced Materials 上[1]。
更进一步的活体生物成像证实了该荧光探针可高分辨的可视化全身血管以及膀胱胆道系统。此外，该探针也对脑部血管成像以及血流动力学进行了高速成像，取得了可观的脑血管造影性能。概括来说该研究为新型近红外二区有机荧光探针的设计合成以及高分辨生物成像提供了一种新的思路和有效工具。
该研究从项目立项到最后研究成功，经历多个环节，且每个环节都紧密衔接，都十分重要。具体来说，首先是研究立项，虽然该团队一直致力于近红外领域的诊疗技术开发，但是寻找一个重要的科学问题仍然是最为重要的出发点。
为此，经过大量的查阅文献以及会议讨论，逐步形成研究思路和出发点，并多次反复论证立项依据的合理性和重要性，借此巩固了研究出发点：即探索近红外二区荧光的高亮度和长波长；其次是研究实施，主要涵盖分子合成、纳米制备、近红外成像以及动物模型等多个技术层面，涉及到交叉学科的多个课题组进行协调，因此有效的研究交流和进展讨论是研究实施中必不可少的重要环节。
同时，针对科学问题进行有效验证和讨论，并进行良好的数据结果呈现，有利于更直观地读取研究核心观点。以上三个重要步骤，是保障研究从立项到研究成功的关键。
李盛亮表示，本次研究启动于 2019 年，但是期间经历了 2020 年初以来的新冠疫情肆虐等不可抗力，这给跨境合作以及交流沟通都带来了新挑战。特别是在该课题实施的三年多时间，他们分别将分子合成、纳米尺寸以及近红外成像窗口进行多次探索和推倒重来，好多次都以为已经拿到目前为止最优的性能和参数，就可以开始整理和发表了。
但是为了科学的严谨性和探索性，该团队不断地推翻之前的性能和表征，一次又一次地重新出发进行新的表征探索，同时不断加大研究难度，最终才得以成功完成课题研究。
在此期间，不同合作团队之间保持了有效沟通，同时也对彼此保持着良好的信任以及悉心的支持，才得以完成这次科研探索之旅。李盛亮表示：“回头思索，但凡我们在研究过程中出现一丝松懈或是合作精神分裂，都不能取得最终的研究成果。因此，我们需要感谢各个合作作者在此过程中的良好合作以及耐心支持。”
All-in-One 体系，值得期待
上述工作立足于近红外二区的波长问题，只是做了初步的尝试和探索。根据该团队前期在近红外材料的工作基础和疾病诊疗领域的诸多科学问题，后续他们将继续挖掘近红外二区新的分子体系以及优越性，深入研究分子体系的发光波长以及量子产率的优化，以期在这两者之间寻找到平衡。事实上，该部分工作他们已经在进行并取得了一些比较好的进展，他们还将继续调研在化学、材料以及生物医用方面的应用前景，未来或将取得一些阶段性进展。
另一方面，荧光成像介导的手术导航方法因为其本身实时可视化和高速动态成像性能，已经被认为是一种极具潜力的可视化手术工具，有望协助临床医生进行实时病灶发现和手术扫除。“因此，我们基于前期在近红外二区分子设计方面的经验和基础上，将进一步开发近红外二区荧光成像在疾病诊疗，特别是在手术导航方面的进行深入性应用探索。”李盛亮说。
除此之外，该团队也一直关注并致力于近红外二区肿瘤治疗研究，通过研究近红外成像与近红外治疗的联合体系，发展新型的高效诊疗一体化药物。特别是利用分子设计合成的基础，发展单分子具备多个光学功能的 All-in-One 体系十分值得期待。
-End-
1、Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500 nm. Adv. Mater., 2022,DOI: 10.1002/adma.202201263.
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