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  近紅外（NIR）熒光成像指導的癌癥手術已經被用于臨床。目前批準臨床使用的成像試劑都是有機分子探針，如亞甲基藍（MB）和吲哚菁綠（ICG），但是這些材料存在穩定性差，容易猝滅和代謝過快等問題。因此，需要開發高亮度和穩定的NIR發光材料。發光亮度可以定義為摩爾消光系數和發光量子產率（PLQY）的乘積，要實現最優化的亮度需要同時提高二者的數值。然而，摩爾消光系數和發光量子產率通常是矛盾的，因此很難實現最優化的亮度。對于有機分子，共軛的平面結構通常具有很強的吸收能力，但在聚集狀態下發光易被猝滅，而扭曲的非平面結構則通常表現出相反的現象。為了解決傳統熒光染料的高濃度猝滅和穩定性差等問題，唐本忠院士發現了一種新型的光物理現象，即聚集誘導發光（AIE），其在很多領域都表現出了很好的應用前景。四苯基乙烯（TPE）是一個被廣泛研究的AIE基元，通常實現較高的PLQY。然而，這類分子由于結構非常扭曲，分子的共軛性大大降低，因此，其摩爾消光系數通常比較小（< 2 × 10⁴ M^-1 cm^-1），不利于實現最優的發光亮度。

圖1. “蜻蜓狀”的新型近紅外AIE分子同時具有高摩爾消光系數和高熒光量子產率（最優發光亮度）用于精準手術導航。

  如圖1所示，香港科技大學唐本忠院士和南開大學丁丹教授最近報道了一種新型“蜻蜓狀”的NIR AIE分子，可以實現最佳的熒光亮度（同時具有高摩爾吸收系數和PLQY），并用于精確的NIR熒光成像指導癌癥手術。該分子具有類似“蜻蜓”的結構，即整個分子是比較平面剛性的結構，其兩側含有的可振動取代基則像“翅膀”一樣。與TPE結構不同，該分子具有較好的共軛性，保證了強的吸收能力，可振動單元則賦予了材料顯著的AIE性質。另外，根據Jablonski能級圖，單線態的非輻射躍遷、三線態磷光和活性氧產生等非熒光過程都被有效抑制，可以實現最大化的輻射躍遷，即熒光發射。

圖2. 近紅外AIE分子組裝成納米粒子，具有很好的穩定性和發光亮度

  通過納米沉降方法制備得到的AIE納米顆粒，具有非常好的穩定性和熒光發射。其發光亮度（摩爾消光系數與PLQY的乘積）甚至好于臨床使用的MB和ICG（圖2）。由于AIE納米顆粒的高亮度，用強度很低的激發光就可以實現體外細胞成像。小鼠體內的腫瘤成像實驗表明該材料可以在低激發功率下很好地對腫瘤部位進行成像追蹤。

圖3. AIE納米粒子用于腫瘤手術導航，可以大大提高微小腫瘤（< 0.5 mm）的切除率

  該團隊進一步研究了該AIE納米粒子在腫瘤手術導航中的應用。如圖3所示，在手術中，通過NIR熒光成像可以精確描繪0.5毫米以下的微小腫瘤結節，有助于在體內照亮腫瘤部位，利用該探針進行手術導航可以大大微小腫瘤的切除率，提高手術效果。該項研究工作對開發同時具有高摩爾消光系數和高發光量子產率的有機NIR熒光探針具有一定的指導意義，有望用于臨床轉化。

  以上成果以“Dragonfly-shaped near-infrared AIEgen with optimal fluorescence brightness for precise image-guided cancer surgery”為題發表在Biomaterials上。論文第一作者為香港科技大學齊跡博士和南開大學博士研究生段星辰，通訊作者為香港科技大學唐本忠院士和南開大學丁丹教授。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220302829