近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ, NIR-Ⅱ, 900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.     

近红外二区聚集诱导发光探针在生物医学中的应用

近红外二区聚集诱导发光探针在生物医学中的应用是一个新兴的研究领域。近红外二区聚集诱导发光探针突破了传统荧光探针穿透深度浅、光损伤小以及聚集态荧光效率低下的限制,为深层组织的高分辨率荧光成像提供了可能。研究表明,通过合理的分子设计可实现近红外二区聚集诱导发光探针激发态能量辐射跃迁与非辐射跃迁之间的可控调节,即单一近红外二区聚集诱导发光探针可同时兼具荧光、光声和光热三模态成像能力,以及多模成像指导的光热和光动力治疗。目前,近红外二区聚集诱导发光探针已发展为构建疾病诊疗一体化平台的重要选择之一。基于此,本综述系统总结了近红外二区聚集诱导发光探针的最新研究进展,主要包括分子设计及其在生物医学中的应用。最后提出目前的发展瓶颈,并对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

近红外二区聚集诱导发光材料在手术导航上的应用

临床手术仍然是治疗疾病的主要办法之一，而目前外科手术中医生难以通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶，这些传统方法在很大程度上可能会造成癌症术后复发。近红外二区聚集诱导发光（NIR-ⅡAIE）材料作为荧光手术导航试剂，其快速发展为解决这个问题提供了新的技术支持。本文基于NIR-ⅡAIE分子的结构设计，通过分析其结构，依据NIR-ⅡAIE荧光在手术导航中的研究进展，分别就NIR-ⅡAIE材料在肿瘤切除手术、检测切除淋巴结手术以及在其他组织中的应用进行详细分析，讨论了目前存在的一些问题，并对NIR-ⅡAIE材料手术导航应用的未来发展进行了展望。     

聚集诱导发光探针用于线粒体靶向和癌细胞识别研究进展

聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)探针由于其极高的灵敏度和极佳的光稳定性在癌症诊断和治疗等方面具有不可估量的应用前景。线粒体作为所有细胞共有的重要细胞器,在癌细胞和正常细胞中显示出明显的性质区别,因此可作为线粒体靶向AIE探针区分癌细胞与正常细胞的靶标。本文介绍了线粒体靶向AIE探针的设计方法、成像机理以及它们对癌细胞与正常细胞、循环肿瘤细胞与白细胞以及癌细胞和相关细菌与正常细胞的区别成像。这些荧光探针在癌症诊断、手术导航、癌症治疗的效果评估和后续复发监测以及细胞污染评估等方面具有广阔的应用前景。通过本文的介绍,能够让更多读者了解AIE探针在癌细胞识别方面的显著优势,激发开发性能更为丰富的探针材料和开展更为深入的研究,从而促进生物医学领域的快速发展,造福人类。     

近红外H2S荧光探针研究进展

硫化氢（H₂S）是一种具有臭鸡蛋气味的无色气体,其不但存在于外界环境中,而且是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后生物系统中第三种重要的内源性气体信号分子,近年来因其对人类健康和疾病的影响而越来越受关注。H₂S可以作为抗氧化剂清除人体内的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）,参与多种细胞的生理反应,包括细胞凋亡、血管舒张、神经调节等,是多种组织中的细胞保护剂和气体传递剂。现代医学研究已证实硫化氢含量与糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病等特定疾病密切相关,但人们尚不清楚H₂S影响细胞信号传导和其他生理事件的具体分子机制,因此开发用于可视化内源性H₂S的方法、研究其在细胞和生物体中的动态分布将具有非常重要的意义。目前检测H₂S浓度的近红外（NIR）荧光探针是一个研究的热点,这是因为在生物样本分析时近红外荧光探针具有许多显著的优点：光损伤更小、能穿透更深的组织、背景自荧光干扰低。在分子水平上,H₂S表现出独特的化学特性,既是良好的还原剂,又是良好的亲核试剂,用于H₂S选择性检测的近红外荧光探针设计策略主要包括叠氮化物和硝基的还原、亲核进攻、加成反应等。该文章综述了近三年近红外H₂S荧光探针的设计合成、识别机理、探针的性能及其在细胞或生物体中的荧光成像研究与最新进展,最后,对该类探针的未来研究方向和发展趋势进行了展望。     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。     

靶向性荧光探针在乳腺癌早期诊断中的应用

选用E1/E3缺失型腺病毒作为靶向探针的载体,用化学修饰法将叶酸共价偶联腺病毒衣壳蛋白以提高探针的靶向性,用荧光染料罗丹明B偶联叶酸修饰的腺病毒,制备叶酸-腺病毒-RB探针,在体外研究此探针的毒性和靶向性.用近红外荧光染料ICG共价结合叶酸修饰的腺病毒,合成叶酸-腺病毒-ICG探针,使用近红外成像技术在位实时监测探针在体内的靶向性.实验结果证明叶酸-腺病毒-RB和叶酸-腺病毒-近红外探针对正细胞毒性较小,对早期乳腺癌细胞/组织具有较好的靶向性.     

基于近红外聚集诱导发光分子的磁性纳米材料用于光增强杀菌EI北大核心CSCD

近红外光敏剂由于荧光成像具有光损伤小、穿透力强和空间分辨率高等优点,能显著提高光动力治疗效果。我们合成了近红外聚集诱导探针5,6-2(4′-(二苯氨酚)-[1,1′-联苯]-4-yl)吡嗪-2,3-二甲腈(DCDPP-2TPA)用于光增强杀菌。利用聚集态/固态下荧光增强的优势,DCDPP-2TPA与磁性Fe_(3)O_(4)纳米材料复合,产生更高活性氧(ROS)用于杀菌。利用SEM、TEM、XRD和荧光光谱研究了该复合材料的结构和性质,并用于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌实验。结果表明,在光照下两种细菌的存活率为7.5%与9.0%,优于DCDPP-2TPA(10%与14%)。同时该复合材料可以方便地实现磁性分离,在光照下产生ROS后循环杀菌。     

拉直的单个DNA分子的全内反射荧光实时成像研究

全内反射荧光(TIRF)成像技术利用穿透深度仅200 nm左右的隐失波来激发诱导荧光,探测灵敏度和图像信噪比大大提高,成为单分子研究的有力工具。分子梳技术利用DNA末端与固体表面的结合力和周围流体流动产生的侧向力将DNA分子拉伸并平铺在表面上。结合这两种技术,对分子梳拉直的单个DNA分子进行了清晰的实时荧光成像,发现TIRF成像条件下DNA分子与荧光探针YOYO-1组成的复合体可自然避免发生光敏断裂现象;实时监测了单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程,通过对激发光照射时间与探测器曝光时间进行同步控制,可大幅降低光漂白程度,为拉直的单个DNA分子的长时间实时观察和成像研究优化了实验条件,为实时、可视化地研究其与蛋白质相互作用的动力学过程奠定了基础。     

基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子在生物成像和治疗中的研究进展EI北大核心CSCD

基于光子反射、散射和自发荧光的减弱,近红外二区窗口能够实现高分辨率和信噪比的生物荧光成像,在各种生物医学应用中发挥着重要作用。构建供体-受体-供体结构是设计近红外二区有机小分子的有效方法,基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子不仅能够实现光学成像,还能利用光激活的激发态能量转换实现光学治疗。本文总结了基于苯并双噻二唑(Benzobisthiadiazole,BBT)和[1,2,5]噻二唑[3,4-g]喹喔啉([1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline,TQ)结构的近红外二区有机小分子在生物成像和成像引导的治疗中的研究进展,并对未来近红外二区有机小分子的设计和应用进行了展望。     

单激发双发射近红外荧光碳量子点制备、荧光性能与细胞成像

探索合成方法简单的近红外比率荧光探针具有重要意义。本文以高山榕树叶为碳源,乙醇、丙酮为提取剂,采用溶剂热法于200℃高压反应釜中反应10 h,一步合成具有近红外双发射荧光特性的碳量子点(CDs)。透射电镜(TEM)表明合成的CDs分散性好、平均尺寸约为4.70 nm,晶格常数为0.32 nm。X射线衍射(XRD)结果显示该碳点在2θ=22°附近有一个较宽的衍射峰,表明该CDs为sp~2杂化的无定形碳。傅里叶红外光谱(FT-IR)显示其含有氨基、羰基、醇羟基和甲基。荧光光谱表明,最大激发波长410 nm,最大发射波长为466 nm和676 nm。以硫酸奎宁做参比测得荧光量子产率为26.31%。实验还探讨了CDs的酸碱、光学、抗盐和金属离子的稳定性以及细胞成像效果。以上结果表明,该碳点具有原料廉价易得、制作简便、对酸碱稳定、抗光漂白性良好等优点,具有良好的光学成像应用前景。     

半导体聚合物纳米荧光探针的制备及生物应用研究进展

半导体聚合物作为功能有机高分子材料被广泛应用于有机光电子器件领域的研究。近年来由半导体聚合物构成的荧光纳米粒子引起了广泛的研究兴趣。这类新型纳米探针具有光学吸收截面大、量子效率高、辐射跃迁速率快、光稳定性好等特性,在荧光成像和生物传感等领域获得了重要应用。本文简要概述了近年来半导体聚合物纳米粒子的研究进展,包括其光物理性质、表面功能化以及在细胞标记、体内成像、生物传感、单粒子示踪、药物输送和光动力学疗法等领域的应用。     

7-二乙胺基-3-(2'-吡啶)香豆素的新用途：溶酶体荧光探针

开发溶酶体荧光探针对于研究与溶酶体相关的细胞生理、病理活动具有重要的理论意义及实际应用价值。7-二乙胺基-3-(2'-吡啶)香豆素 (L3) 是一种弱碱性化合物,易于累积在酸性溶酶体中,有作为溶酶体荧光探针的潜质。本文详细研究了pH值对L3光谱性质的影响及其溶酶体定位成像能力。研究结果表明,该化合物具有一定的溶酶体定位能力,可以作为溶酶体荧光探针先导化合物。     

Cys对近红外荧光蛋白PAiRFP1光谱学行为的影响研究

PAiRFP1是一种以细菌光敏色素为模板,改造得到的光激活荧光蛋白。与其他光激活荧光蛋白相比,它最大的优势是激发、发射都在近红外区域。本论文围绕该蛋白中含有的8个半胱氨酸残基,开展了定点突变、光谱学检测等工作,发现(1)在8个单突变体中,仅有Cys-29突变改善了光激活蛋白的分子亮度,其它突变都削弱了近红外荧光;(2)伴随着环境氧化、还原条件的改变,C29S突变近红外荧光显著降低,这说明该位点的半胱氨酸残基对于维持该近红外荧光蛋白在氧化还原环境中的稳定性具有重要作用,相关机理尚待深入研究。     

视觉非随意注意的近红外脑功能成像技术与事件相关脑电位检测技术研究

近红外脑功能成像技术(fNIRI)是近年来发展起来的新技术,与心理学研究常用的事件相关脑电位检测技术(ERP)相比,能提供电生理信号之外的与脑功能活动相关的血液动力学信息。设计了非随意注意的经典范式,对同一组被试者分别使用近红外脑功能成像技术和事件相关脑电位检测技术检测其在实验过程中脑活动变化,然后对两种技术检测的结果进行处理和比较分析。结果发现近红外脑功能成像技术测出的非随意注意源定位在前额叶,与其相关P3a脑电皮层分布一致,甚至近红外脑功能成像技术测出的源定位范围可以缩小到Brodmann46区;血液激活先于P3a并在P3a完成后显著增强的现象支持深入研究脑机理的可能性。因此,近红外脑功能成像技术可有效地应用于脑的高级功能研究。     

双光子激发荧光成像技术对小鼠植入前胚胎的实时观测

双光子激发的蓝移效应可使利用同一束超快激光同时激发多种不同荧光特性的生物荧光染料的设想得以实现。选取锁模飞秒掺钛蓝宝石(Ti-sapphire)激光器输出的730nm激光,分别激发Hoechst33342,Fluo-4,PI和Indo-1四种常用生物荧光染料,分别利用(455±15)nm,(540±15)nm,(580±16)nm和(500±15)nm四种滤光片获得特异性荧光图像。结合双光子激发荧光成像技术穿透深,光损伤小,信噪比好等优势,选取合适的荧光染料组,应用单束激光激发、双染双通道成像方法,对小鼠植入前胚胎内细胞中的钙信号和染色体进行三维、四维实时成像,为探究小鼠植入前胚胎发育规律提供一种全新的多参数观测手段。     

新型含芘荧光探针分子与蛋白质相互作用的光谱研究

利用荧光发射光谱和紫外-可见吸收光谱,研究了新型含芘荧光探针分子芘丁酰谷氨酸(PLE)和芘甲酰谷氨酸(PYE)与溶菌酶(Lyso)和牛血清白蛋白(BSA)的相互作用,分析了结合过程和机理。结果显示:不同间隔链长度的探针分子在与Lyso作用时,表现的光谱性质差别不大,这主要是由于探针分子结合到了Lyso的表面;而不同间隔链长度的探针分子在与BSA作用过程中,却表现不同的光物理性质,这可能是探针分子作用于BSA空腔时其结合位点或者结合方式的不同引起的。目前的研究对揭示蛋白质分子的识别位点和定位切割具有重要的意义。     

一种线粒体靶向香豆素基pH荧光探针合成及性能

线粒体作为一种重要的细胞器,其功能包括能量供应、信号传导、细胞分化以及控制细胞生理周期和细胞生长等。线粒体的任何损伤及随后的功能障碍都可能导致一系列人类疾病。其中线粒体pH直接影响着其生化过程,正常的pH水平是线粒体功能正常运作的基础。本文以7-羟基香豆素为原料,合成了一种对线粒体特异性标记的pH荧光探针(CMPH)。并对该探针的光学性质、细胞毒性和线粒体靶向能力进行了研究。结果表明,探针CMPH具有较大的斯托克斯位移,能对pH特异性荧光响应。pH在6.5～8.2范围内时,探针的荧光强度和pH值具有良好的线性关系。细胞毒性测试表明探针CMPH细胞毒性低。共聚焦荧光成像结果证明,该探针能有效靶向线粒体并能监测线粒体pH的变化。我们的目的是为线粒体pH变化的监测提供一种新的成像工具。     

增强CCD紫外和极紫外成像的荧光物质的研究

CCD广泛用于可见光和近红外波段的成像,为了使CCD也能在紫外和极紫外波段成像,波长转换十分有用。采用对此波段敏感的荧光物质,使辐射到CCD上的紫外和极紫外光转换成可见光,CCD便可对其成像。研究了产生荧光的过程和条件以及用于把紫外和极紫外光转换成可见光的荧光物质需要满足的条件后,发现水杨酸钠、四苯基-丁二烯、六苯并苯和路玛近比较合适,并简明介绍了它们的特性和制备方法。评述了该领域的荧光物质物质的应用前景以及需要改进的方面。     

单胺氧化酶荧光探针研究进展

单胺氧化酶(Monoamine oxidases, MAOs)是一种膜结合的线粒体酶,通过催化氧化及脱氨反应来维持神经递质和其他生物胺在生物系统中的稳态。MAOs功能障碍与许多神经和精神疾病密切相关,因此,监测MAOs的活性及表达水平,对深入理解其生理功能及相关疾病的临床诊断都具有十分重要的意义。荧光探针具有原位、无创、可实时成像等优势,是准确监测MAOs活性的一种有效方法。本文综述了近年来MAOs荧光探针的研究进展,阐述了这些荧光探针在MAOs相关疾病诊断及治疗中的应用。