光學成像（Optical Imaging），由於其具有非侵入性、實時、快速反饋和高靈敏度的優點，在生物醫學分析中起著至關重要的作用🤱🏼。然而，由於復雜生物器官和組織中的內源性熒光團（黑色素，彈性蛋白🚶🏻‍♀️，膠原蛋白🧑🏼‍🦳，角蛋白，卟啉和黃素等）在外部輻射激發下會產生自發熒光，這使得活體熒光成像背景信號升高，從而限製了成像的信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）。因此👫🏼，生物發光成像（Bioluminescence Imaging）由於其優異的生物相容性以及不需要外部激發光的特點受到了極大關註🙍‍♂️。迄今為止，生物發光成像已被廣泛用於跟蹤細胞，監測基因表達，檢測生物活性小分子🍽，腫瘤成像等領域。然而👦，常規的基於熒光素酶（Luciferase）的生物發光探針發射波長大多位於可見光範圍（VIS，400 nm-700nm），這使得在將其應用於生物成像時會受到生物組織的吸收和散射幹擾，難以獲理想的成像結果。盡管通過生物發光共振能量轉移（Bioluminescence resonance energy transfer (BRET)）策略，生物發光探針的發射波長能夠被拓展到具有較低組織吸收的近紅外第一窗口（NIR-I，700 nm-900 nm）🏊🏼。但散射效應仍然是一個障礙🐷。近年來的研究表明在近紅外第二窗口（NIR-II，1000-1700 nm）生物組織具有較小的吸收和散射。因此開發發射波長位於近紅外第二窗口的生物發光探針將有利於提高生物活體成像穿透深度和信噪比，具有重要的應用價值。

       為了解決這一挑戰👭🏻，張凡教授研究團隊（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）設計合成了一種新型七甲川菁染料FD-1029。該染料的發射波長位於近紅外第二窗口（1029 nm）◼️，且分子間具有較大的空間位阻，在較高濃度下不易發生聚集，能夠擁有較大的摩爾消光系數。在這基礎上🏗，通過一步生物發光共振能量轉移（BRET）和兩步熒光共振能量轉移（FRET）的設計策略實現了發射位於近紅外第二窗口的新型生物發光探針（NIR-II-Bioluminescence Probes, NIR-II-BPs）。

       該探針具有良好的生物相容性👩‍👧‍👦，成功應用於小鼠的血管和淋巴管的高信噪比成像🕧。同時🌄，由於這種能量傳遞策略的可調性🦻🏻，這類探針也能應用於多個目標物的多通道活體成像標記。作者進一步利用該探針對三磷酸腺苷（ATP）的特異性響應🤴🏻，結合腫瘤組織旺盛的新陳代謝所產生的ATP，成功實現了對淋巴結轉移瘤的高信噪比成像追蹤。由於無需外加激發光源，近紅外第二窗口生物發光成像能夠獲得高達83.4的腫瘤/正常組織信號比（Tumor to Normal tissue Ratio），這一數值是同一體系中熒光成像的33倍。

       這一成果近期發表在Nature Communications上🧛🏼，張凡教授和凡勇青年研究員為該論文共同通訊作者，博士生陸淩飛為論文第一作者🧘🏿‍♀️。該工作得到了沐鸣开户、沐鸣平台先進材料實驗室、聚合物分子工程國家重點實驗室、上海市分子催化與功能材料重點實驗室、國家重大研究計劃項目、國家自然科學基金傑出青年基金、上海市科學技術委員會重點基礎研究項目的大力支持🧑🏽‍🦰。

圖1 近紅外第二窗口發光的生物發光探針的製備原理及其在活體成像中的應用

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