熒光成像由于具有高靈敏性和分辨率的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生物組織實(shí)時(shí)成像，然而其組織穿透深度受到激發(fā)光穿透深度有限的限制和生物組織背景熒光的干擾。由于無需外源激發(fā)光照射，化學(xué)發(fā)光材料在深度組織穿透成像領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢。Luminol作為常用的化學(xué)發(fā)光團(tuán)被廣泛應(yīng)用于分析檢測領(lǐng)域，但是其藍(lán)色化學(xué)發(fā)光的組織穿透能力差，因此開發(fā)近紅外化學(xué)發(fā)光材料在深度組織成像領(lǐng)域具有重要意義。
化學(xué)發(fā)光通常來源于化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物或者通過能量轉(zhuǎn)移至熒光染料受體，因此提高化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物或熒光受體的熒光量子產(chǎn)率可以有效提升化學(xué)發(fā)光量子產(chǎn)率。傳統(tǒng)熒光染料聚集時(shí)由于分子間強(qiáng)烈的p–p作用往往會導(dǎo)致熒光猝滅，而具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（aggregation-induced emission, AIE）效應(yīng)的熒光材料在聚集時(shí)會發(fā)出強(qiáng)烈熒光，被廣泛應(yīng)用于生物組織成像領(lǐng)域。
工作內(nèi)容：
近期，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)羅亮教授團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）效應(yīng)的近紅外化學(xué)發(fā)光材料TBL（圖1），其近紅外化學(xué)發(fā)光可以穿透3厘米厚度的生物組織，并且能夠區(qū)分腫瘤組織和正常組織，在深部生物組織成像、原位癌癥診斷和手術(shù)治療領(lǐng)域都體現(xiàn)出良好的潛在應(yīng)用前景。
圖1、(A) TBL化學(xué)發(fā)光機(jī)理, ?(B) TBL納米顆粒制備示意圖。
化合物TBL溶解在DMSO中基本不發(fā)光，加入不良溶劑水后聚集發(fā)出強(qiáng)烈熒光，表現(xiàn)出典型的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）效應(yīng)（圖2 A-B）。由于TBL在水中聚集時(shí)會析出沉降影響測試穩(wěn)定性，因此利用表面活性劑F127包裹TBL制備得到了穩(wěn)定的TBL納米顆粒（圖1B、2C），化學(xué)發(fā)光光譜與熒光光譜一致也表明化學(xué)發(fā)光可能來源于TBL氧化產(chǎn)物（圖2D）。不同活性氧 (reactiveoxygen species, ROS) 氧化測試對比表明次氯酸根或單線態(tài)氧可以極大提高TBL納米顆粒的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度（圖2E），并且TBL納米顆粒可用于對單線態(tài)氧的定量檢測（圖2F），表明TBL納米顆粒在ROS的分析檢測和生物體內(nèi)成像領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
圖2、(A-B) TBL在H2O/DMSO溶液中的熒光光譜, (C) TBL納米顆粒穩(wěn)定性測試, (D) TBL納米顆粒的熒光和化學(xué)發(fā)光光譜, (E) 不同ROS氧化條件下近紅外化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度對比, ?(D) 定量檢測單線態(tài)氧。
圖3、(A) 近紅外化學(xué)發(fā)光組織深度成像和熒光成像, (B) 單線態(tài)氧濃度逐漸增加時(shí)近紅外化學(xué)發(fā)光圖, (C) 魯米諾和TBL納米顆?；瘜W(xué)發(fā)光成像對比。
近紅外化學(xué)發(fā)光組織穿透深度測試表明可以有效穿透3cm厚度培根組織，而熒光很難穿透3mm厚度培根組織（圖3A），并且化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與單線態(tài)氧濃度成正比（圖3B）, 與Luminol藍(lán)色化學(xué)發(fā)光對比表明近紅外化學(xué)發(fā)光可以更有效的穿透生物組織（圖3C）。
此外，研究者將近紅外化學(xué)發(fā)光拓展至生物體內(nèi)活性氧的檢測及成像。外源性單線態(tài)氧檢測實(shí)驗(yàn)表明近紅外化學(xué)發(fā)光時(shí)長超過1小時(shí)并且具有很高的信噪比（圖4A-B）。生物體內(nèi)大量累積的ROS會對蛋白質(zhì)及DNA造成損傷，嚴(yán)重時(shí)會引發(fā)癌癥。TBL納米顆?？梢杂行z測出腫瘤組織區(qū)域高濃度的ROS，體現(xiàn)出在腫瘤診斷和化學(xué)發(fā)光引導(dǎo)的手術(shù)治療領(lǐng)域的良好潛在應(yīng)用前景（圖4C-D）。
圖4、(A-B) 小鼠體內(nèi)近紅外化學(xué)發(fā)光成像, (C-D) TBL納米顆粒區(qū)分正常組織和腫瘤組織成像, (E) 注射TBL納米顆粒后小鼠體重變化。
該文章近期發(fā)表在Advanced?Materials上，文章的第一作者為香港科技大學(xué)博士生劉晨晨和華中科技大學(xué)博士生王修霞，通訊作者為華中科技大學(xué)羅亮教授和香港科技大學(xué)唐本忠院士。該工作受到國家自然科學(xué)基金 (21788102),?RGC(N_HKUT609/19 and C6009‐17G), ITC (ITC‐CNERC14SC01and ITCPD/17‐9), Ming Wai Lau Centre for ReparativeMedicine, Karolinska Institute (MWLC19SC02)?和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFA0208903) 等項(xiàng)目支持。
參考文獻(xiàn)：
Chenchen Liu, Xiuxia Wang, JunkaiLiu, Qiang Yue, Sijie Chen, Jacky W. Y. Lam, Liang Luo, Ben Zhong Tang.?Near‐Infrared AIE Dots with Chemiluminescence for Deep‐Tissue Imaging.?Adv.Mater.?2020, 2004685.
