最近，我校材料科学与工程系副教授梁永晔课题组开发了一种在近红外二区具有增强量子效率以及高生物兼容性的分子荧光探针，并与斯坦福大学戴宏杰教授课题组以及斯坦福大学医学院合作，成功地将该荧光探针应用于外伤性脑损伤（脑震荡）小鼠模型的研究。该工作发表在《Advanced Materials》（影响因子17.493），题目为《Traumatic Brain Injury Imaging in the Second Near-Infrared Window with a Molecular Fluorophore》（分子荧光探针在外伤性脑损伤的近红外二区成像的应用）。

         荧光成像技术广泛地应用于生物医学研究。相对于近红外一区（NIR-I, 750-900nm）荧光成像技术，近红外二区（NIR-II）荧光成像发射波长（1000nm～1700nm）更长，可显著降低光在穿透生物组织中的散射现象以及自荧光效应的影响，探测深度更深、空间分辨率更高。该技术发展的一个重要瓶颈是缺少合适的探针。像碳纳米管、硫化银量子点以及稀土元素纳米粒子这些无机纳米材料已被用为近红外二区的探针，但它们尺寸较大难以在体内代谢并且有潜在的毒性问题。近期，一种分子荧光探针被报导。虽然它可以通过肾进行代谢，但是它的荧光波长较短（< 1200 nm）和量子产率低（仅有0.2%），而难以达到高分辨实时成像应用的要求。

         梁永晔课题组提出了一种创新性的分子探针设计策略，通过引入封装基团（enveloping group）以及3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）作为电子给体降低分子间与分子内的相互作用，从而提高在水溶液的量子产率。进一步利用点击化学(Click reaction)的高效性，引入聚乙二醇基团，使荧光分子具有很好的水溶性。开发的荧光探针IR-E1荧光波长在900 nm到1400 nm 之间，水溶液中量子产率为0.7 %（为碳纳米管量子产率的2倍）， 具有很好的水溶液稳定性以及光稳定性 （图1）。动物实验显示，荧光探针IR-E1具有很好的生物兼容性，并且注射24小时后有超过80 %的探针可以通过肾脏代谢掉。

图1. a) 探针IR-E1 分子结构。b) 探针IR-E1的吸收和荧光图谱。

          IR-E1的增强性能使它可以通过小鼠尾椎静脉注射的方式进行脑震荡小鼠模型的脑血管无创体内成像（图2）。大脑血液流动的动态变化可以实现高空间和时间分辨率的检测，并对脑内供血不足、荧光探针从血管泄漏并困在受伤的脑组织中等过程进行了直接成像。这项工作对外伤性脑损伤发病机理探测以及设计治疗方法提供了新的思路。

图2. a ) 动态图像显示，受损伤的右脑血流量降低。b, c) 受伤右脑中不同时间点荧光分子的积累。

         梁永晔课题组的王华森和斯坦福大学戴宏杰课题组的张晓东为论文共同第一作者，我校本科生马睿也参与了该项研究。其他合作者包括斯坦福大学化学系Alexander L. Antaris、Shuo Diao、Andy Nguyen、Guosong Hong、Zuoran Ma、Joy Wang、Shoujun Zhu、戴宏杰教授，斯坦福大学医学院、帕洛阿尔托医疗保健系统的Joseph M. Castellano、Tony Wyss-Coray、Jian Luo。这项工作得到了中组部青年高层次人才、深圳市孔雀团队与重点实验室项目以及南方科技大学启动基金(FRG-SUSTC1501A-62 from SUSTC)等支持。

文章链接： http://dx.doi.org/10.1002/adma.201600706