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  近紅外II區（波長在1000-1700 nm）光學成像由于其較高的穿透深度和信噪比，在精準醫學方面展現了巨大潛力。特別是波長在1500-1700 nm的近紅外IIb區域，由于其極低的組織自發熒光和較低的光散射，因而被稱為活體成像的黃金區域。目前近紅外IIb熒光探針主要以無機納米（稀土元素）顆粒，而生物相容性好的有機納米探針較少報道。這是由于有機材料的熒光效率在近紅外IIb區域會顯著降低，而不到成像的要求。因此，急需提供一種簡單有效的策略用以設計有機近紅外IIb探針，并用于生物活體成像。

  為解決這一難題，近日，香港科技大學唐本忠院士團隊和浙江大學錢駿教授提出了一種設計有機近紅外IIb分子的新策略：在分子層次調控分子內扭曲電荷轉移（TICT）效應和在形態層次調控聚集誘導發光（AIE）性質，從而成功得到既具有長發射波長（1000-1600 nm）又具有較高熒光量子效率（11.5%）的近紅外IIb探針，并且用于血管和腸道臟器的高分辨成像。

圖 1. 分子設計策略示意圖。

  具體設計理念如圖1所示，在分子層次上，具有扭曲給體-受體結構的AIE分子在極性溶劑如水的誘導下，容易到達TICT態，導致分子發射紅移但熒光強度降低；在形態層次上，即分子組裝成納米顆粒后，AIE分子由于分子內運動部分受限，在聚集態熒光會顯著增強。但是，由于AIE分子一般富含分子轉子并且呈扭曲結構，該結構會使AIE分子在聚集態下仍可以進行分子內轉動，從而有利于TICT態的形成。將兩者有機結合，在聚集態下就可以得到既有長發射波長又有高量子效率的AIE材料。

圖2. 分子結構及光物理性質。

  以該策略為指導，作者設計了三個具有強給體-受體性質的AIE分子，分子都表現出明顯的TICT+AIE的性質，并且其發射都延長到近紅外IIb 區域（圖2）。其中，2TT-oC26B 最大發射在~1030 nm，同時其發射波長延長到1600 nm。

圖3. 全身血管成像。

  為了驗證該分子能否用于活體成像，作者將該分子與兩親性聚合物組裝成水分散的納米材料。小鼠尾靜脈注射之后納米材料，進行全身血管成像。通過加置不同波長的長通濾光片，以比較傳統近紅外二區和近紅外IIb 區域熒光成像區別（圖3）。近紅外IIb窗口下的小鼠具有很弱的背景信號干擾，相比較傳統近紅外II區具有更高的分辨率和信噪比。

圖4. 腸道成像。

  為進一步體現近紅外IIb穿透深度的優勢，作者又進行了小鼠腸道成像，結果表明，相對于1100 nm LP和1200 nm LP，1500 nm LP下所得熒光圖像更加清晰，且能看到腸道溝壑等細微結構。這也為克服熒光成像能夠“看穿”身體，進行內部臟器成像提供了技術手段。因此，通過在分子和形態層次上對分子的巧妙調控，成功合成了有機NIR-IIb染料，并且實現了高深度和高信噪比的活體成像。該分子設計策略為設計新型近紅外IIb有機材料提供了思路。

  論文第一作者為李媛媛博士，博士生蔡朝沖和劉順杰博士，通訊作者為香港科技大學唐本忠院士和浙江大學錢駿教授。該工作也得到香港科技大學張浩可博士，黃庭熙同學，林榮業教授，郭子健教授的大力支持。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-15095-1