Near-Infrared Carbonized Polymer Dots for NIR-II Bioimaging
用于近红外二区生物成像的近红外碳化聚合物点
Tianyang Han,Yajun Wang ,Shengjie Ma, Mengfei Li ,Ningning Zhu, Songyuan Tao, Jiajun Xu, Bin Sun, Yunlong Jia, Yuewei Zhang , Shoujun Zhu, Bai Yang, 2DOI: 10.1002/advs.202203474
主讲人：张文筱 2024.3.24
研究进展：
尽管碳化聚合物点(CPD)在荧光和磷光材料领域具有相当大的优势，但相对较短的发射波长仍然是将其推广到体内疾病检测和成像引导手术的主要障碍。目前，强大的CPD合成方案已经产生了许多明亮的CPD，其发射波长在可见光到近红外(NIR)区域(400 - 900 nm)。然而，由于该区域的组织自身荧光和散射，这些cpd无法为高对比度和深穿透深度的疾病检测提供高性能的体内成像。
NIR-II(最初定义为1000 - 1700 nm，最近完善为900 - 1880 nm或1000 - 3000 nm;也称为短波红外或SWIR)透明荧光成像可以部分解决这个问题，受益于大大减少的组织自身荧光和抑制的光子散射。因此，人们为丰富NIR-II荧光团的文库做出了大量的努力，典型的例子包括碳纳米管、量子点、镧系掺杂纳米粒子、共轭聚合物和小分子。由于CPD构成了一类新的荧光团，具有方便的合成过程和有效可调的化学结构，开发具有明亮近红外发射的CPD作为NIR- II成像窗口中标准使用的显像剂，可能会迎来疾病检测和手术可视化的新时代。
虽然热液反应已被广泛用于合成CPD，但在热液CPD表面进行合理的分子工程以精确调节其发射中心的报道很少,研究这一点可能对丰富分子状态和开发具有改进NIR发射性能的CPD至关重要。在这里，我们通过两步热液/Knoevenagel方法研究和开发了一系列NIR-CPD，在NIR-I和NIR-II窗口中具有可调的荧光发射中心。NIR-CPD在水溶液中具有相当的NIR-II亮度，并且可以通过使用白蛋白或两亲性聚合物包封/鸡尾酒进一步改善。
NIR-CPDs具有极低的细胞毒性和良好的生物相容性，这使它们能够被广泛应用于高性能NIR-II血管造影和实时评估结肠炎疾病严重程度。
研究内容：
本研究采用两步策略合成了在NIR-I和NIR-II透明成像窗口中都能提供明亮辐射的NIR-CPD。设计的策略包括水热反应与醛基形成稳定的碳核，然后是克脑文盖尔缩合反应来系住分子发射中心。该工艺省力、经济、产率高。NIR-CPD能够实现高性能的NIR-II血管造影和无创结肠炎疾病程度的实时成像。因此，该技术可以通过合理的分子工程为CPD的合成提供新一代的合成策略，可以精确地调整NIR发射CPD的吸收/发射特性。作者不仅提供了一种有效的合成NIR发射CPD的策略，而且还进行了无创的实时体内成像，以进一步促进其临床前/临床应用。
要点：
1.作者创新设计了一种两步法，包括水热反应和Knoevenagel反应来合成NIR-CPDs(图1a)。在第一步中，利用廉价易得的醛前体，通过水热法合成了CPDs-CHO。第二步，通过CPDs-CHO与一组吲哚衍生物之间的Knoevenagel反应合成NIR-CPDs为探究海水中电解质在光催化水分解反应中的作用。
2.与具有相同前驱体的一步水热方法相比，通过所提出的两步法制备的NIR-CPDs具有更高的产率和NIR-II亮度。
3.NIR-CPDs具有极低的细胞毒性和良好的生物相容性。
总结与展望：
本文提出的NIR-CPDs合成方法简单、快速，反应前体成本低。与具有相似发射中心的花青素染料相比，NIR-CPDs表现出明显增强的光稳定性。考虑到生产NIR-II染料所涉及的合成方案通常是复杂和劳动密集型的，本研究的工作还为明亮的NIR-II发射荧光团的临床前开发提供了一种全新的合成策略。本研究在两种胃肠道炎症模型中实现了疾病严重程度的无创实时评估，准确率可能超过标准的H&E和DAI评分方法。综上所述，期望它在未来能产生更为重要的临床影响。
