近日，華東理工大學(xué)藥學(xué)院錢旭紅院士、楊有軍教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建新型短波紅外（SWIR）染料聚集體。該研究工作提出了一種晶體結(jié)構(gòu)輔助的J聚集體的理性設(shè)計(jì)方法，對(duì)團(tuán)隊(duì)前期報(bào)道的ESi5近紅外染料母體進(jìn)行合理分子改造，成功構(gòu)建一種水溶性好、穩(wěn)定性好、吸收發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)且生物相容的染料聚集體，并成功實(shí)現(xiàn)小動(dòng)物活體水平的雙通道熒光/光聲雙模態(tài)成像。相關(guān)成果以 “A stable and biocompatible shortwave infrared nanoribbon for dual-channel in vivo imaging”為題發(fā)表在Nature Communications （Nature Communications, 16, 4, 2025）上。
圖片說明：聚集體的設(shè)計(jì)思路
短波紅外區(qū)間（~1000-2000 nm）是深層組織高對(duì)比度成像、疾病診斷、光動(dòng)力/光熱治療和熒光手術(shù)導(dǎo)航的理想光譜窗口。領(lǐng)域內(nèi)的短波紅外染料由于HOMO-LUMO能級(jí)差小，普遍面臨穩(wěn)定性差、在水溶液中熒光淬滅的問題，限制了其在實(shí)際臨床上的應(yīng)用。染料J-聚集潛在可以提高染料穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸收發(fā)射紅移的途徑。J-聚集體是由染料偶極子間呈滑動(dòng)堆積排列（滑移角< 54.7o）構(gòu)成的，其光物理性質(zhì)對(duì)于短波紅外成像是有利的：1.吸收和發(fā)射波長(zhǎng)的紅移增加了穿透深度；2.光譜的銳化適用于多通道成像；3.消光系數(shù)的增加提高成像亮度；4.高穩(wěn)定性有利于長(zhǎng)時(shí)間成像。但J-聚集體的理性構(gòu)建是領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的研究難點(diǎn)。
基于此，研究團(tuán)隊(duì)以前期基于硅羅丹明開發(fā)的共軛延長(zhǎng)的高穩(wěn)定性、高熒光亮度近紅外染料二苯并硅羅丹明（ESi5）為基礎(chǔ)，提出了一種晶體輔助聚集體合成方法（Crystal-Aided Aggregate SyntHesis, CAASH），成功構(gòu)建了水溶性的短波紅外染料聚集體。當(dāng)陰離子為PF6-時(shí)，ESi5晶體結(jié)構(gòu)中鏈內(nèi)的分子呈斜向堆積（V-聚集），鏈間呈J-聚集排列，因此將其命名為JV-聚集體。基于晶體結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，通過在側(cè)鏈以疊氮化、Click反應(yīng)引入帶負(fù)電荷的磺酸/羧酸根基團(tuán)，利用親水（磺酸根基團(tuán)）/疏水（共軛結(jié)構(gòu)）相互作用實(shí)現(xiàn)染料的自組裝。該系列染料聚集體具有三個(gè)獨(dú)特吸收峰：其中1038 nm處的紅移吸收峰和696 nm處的藍(lán)移吸收峰歸屬于鏈內(nèi)V聚集，1098 nm處的紅移吸收峰歸屬于鏈間J聚集。最大發(fā)射波長(zhǎng)位于1106 nm，表明Stokes位移僅8 nm。其在水溶液中的聚集形貌通過透射電鏡、冷凍透射電鏡、原子力電鏡交叉驗(yàn)證為厚度3.4 nm的納米絲帶狀結(jié)構(gòu)。并且通過光/化學(xué)/熱穩(wěn)定性的測(cè)試驗(yàn)證了其具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在水中解聚溫度（aagg=0.5）超過70 oC，并且解聚后降低至室溫又快速重新聚集。
圖片說明：ESi5-S聚集體的基本性質(zhì)
這類短波紅外聚集體具有高穩(wěn)定性、高生物相容性、易制備的特點(diǎn)，因此在生物成像/治療中具有廣泛的應(yīng)用潛力。ESi5-S聚集體經(jīng)尾靜脈注射，潴留在小鼠全身骨骼、肝臟和脾臟，并經(jīng)肝膽代謝后解聚為單體，通過808/1064nm激光激發(fā)可以實(shí)現(xiàn)雙通道熒光成像。該成像結(jié)果表明聚集體的熒光成像潛力，揭示其活體內(nèi)代謝途徑。此外，ESi5-S聚集體同樣是合適的光聲成像材料，溶液中的光聲測(cè)試表明其光聲信號(hào)強(qiáng)度為同濃度IR-1061的3.5倍。活體內(nèi)的光聲成像實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠骨骼的三維重構(gòu)，可以清晰顯示胸骨、肋骨及腰椎，表明其優(yōu)異的光聲成像性能。
圖片說明：體內(nèi)雙通道熒光成像與光聲成像
該論文的第一通訊單位為華東理工大學(xué)，通訊作者為藥學(xué)院楊有軍教授，第一作者為藥學(xué)院博士研究生姚成。工作得到了錢旭紅院士、華東師范大學(xué)陳縉泉教授、華東理工大學(xué)曲大輝教授、有機(jī)所劉聰教授、湖北大學(xué)任君教授、上海中醫(yī)藥大學(xué)葛廣波的大力支持和悉心指導(dǎo)。此外，本研究還得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委以及高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)和生工國(guó)重室開放課題的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55445-x
