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张凡教授团队报道了吸收/发射波长大于1300nm的有机菁染料J-聚集体用于近红外第二窗口生物动态荧光成像
发布时间:2019-12-25 

       近日,化学系张凡教授研究团队(http://nanobiolab.fudan.edu.cn/)报道了最大吸收和发射波长均大于1300 nm的近红外成像探针FD-1080 J-聚集体。实验通过生物相容性较好的磷脂诱导花菁染料FD-1080分子自组装形成具有规则排列的J-聚集体。相对于染料单体,J-聚集体的最大吸收和发射峰均红移了300 nm,成功实现了1500 nm以上的近红外第二窗口动态血管成像监测。相关研究论文“J-Aggregates of Cyanine Dye for NIR-II in Vivo Dynamic Vascular Imaging beyond 1500 nm”在线发表于《Journal of the American Chemical Society》2019, 141(49), 19221-19225。张凡教授课题组的博士生孙彩侠和李本浩为论文共同第一作者。

       精准的生物医学成像方法对于疾病的诊断和预后至关重要。其中,荧光成像具有较高的灵敏度、分辨率和快速响应等优势,但组织穿透深度较低。近年来,研究人员发现近红外第二窗口荧光对于活体成像具有较大的潜力,尤其位于1500-1700 nm范围内的光子,生物组织在此范围内具有更低的散射,吸收和自发荧光。这一发现带动了活体光学成像的快速发展,包括碳纳米管,量子点和稀土纳米颗粒等新型近红外第二窗口区探针受到研究人员的关注。相对于上述无机材料,由于有机分子探针具有相对分子量较小,易于代谢,生物毒性低等优势,对于未来的生物医用转化具有更大的潜力。然而目前有机荧光染料仅通过结构修饰很难实现最大吸收波长和发射波长均超过1300 nm。因此急需开发一种简单的制备方法用于扩展有机荧光染料的最大吸收和发射波长,并用于1500-1700 nm范围内的近红外第二窗口区的生物成像。

       针对上述问题,张凡教授研究团队利用磷脂诱导花菁染料FD-1080分子的自组装,成功地开发了一种新型的近红外第二窗口荧光染料FD-1080 J-聚集体,其最大吸收和发射波长分别位于1360 nm和1370 nm,并且表现出了优异的水溶性和光稳定性。研究人员通过分子动力学模拟证明了磷脂与花菁染料FD-1080在J-聚集体形成过程中的相互作用。体外和活体成像实验证明相对于较短波长的成像区域,位于1500 nm以上的荧光成像具有更好的生物组织穿透深度、成像分辨率和信噪比。此外,研究人员还成功利用J-聚集体实现了对临床降压药物Isoket在高血压大鼠模型降压效果的实时监测。该工作得到了复旦大学化学系、复旦大学先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室、上海市分子催化与功能材料重点实验室、国家重大研究计划项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会重点基础研究项目的大力支持。

       全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10043

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