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  長余輝發(fā)光，是指材料在外源性光激發(fā)停止后的持續(xù)發(fā)光現(xiàn)象。長余輝發(fā)光具有無需實時激發(fā)、優(yōu)異的信號/背景比以及與傳統(tǒng)熒光成像相比的更高的靈敏度等天然優(yōu)勢，因此在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。然而，目前關(guān)于長余輝發(fā)光的相關(guān)研究，雖然已有包括生物體內(nèi)實驗在內(nèi)的報道，但是與熒光成像相比，其在更加深入的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用依然十分受限。這主要是由于長余輝發(fā)光材料和探針的種類本身有限。如今，近紅外熒光成像用于腫瘤切除手術(shù)導(dǎo)航已成功應(yīng)用于臨床，它可以有效地幫助外科醫(yī)生更快、更準確地切除腫瘤。長余輝成像的優(yōu)勢不勝枚舉，尤其是零組織背景熒光的特點，使其成為術(shù)中影像引導(dǎo)腫瘤切除的絕佳成像手段。而目前為止，對于長余輝成像引導(dǎo)的癌癥手術(shù)導(dǎo)航研究卻鮮有報道，并且高效的有機高分子長余輝發(fā)光探針亟待開發(fā)。

  迄今為止，除一些無機長余輝發(fā)光納米粒子（例如，基于稀土重金屬離子的相關(guān)材料）以外，關(guān)于有機和聚合物長余輝發(fā)光材料的報道還很少。Schaap金剛烷基-1,2-二氧環(huán)丁烷是一類經(jīng)典的化學(xué)發(fā)光分子，但同時也可作為長余輝發(fā)光材料，用于細胞水平的特異性分析物響應(yīng)檢測。然而傳統(tǒng)的Schaap二氧環(huán)丁烷在水相體系中會發(fā)生強烈的信號淬滅，嚴重限制了其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。最近，Shabat 課題組通過多種化學(xué)修飾，極大提高了Schaap分子的發(fā)光效率以及發(fā)射波長，使得這類分子在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用變得更加可能。靜脈注射無疑是當(dāng)前臨床上最重要的給藥方法之一。但目前為止，在動物模型實驗中采用靜脈注射方式研究Schaap探針生物活體應(yīng)用的報道還非常之少。

  “聚集誘導(dǎo)發(fā)光”熒光分子（AIEgen）是一類新型的熒光材料，利用AIEgen和AIE納米材料進行熒光生物成像方面的研究層出不窮，但具備長余輝發(fā)光性質(zhì)的AIEgen主要限于某些擁有室溫磷光特性的分子（壽命通常為毫秒或秒級），而將其應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還相當(dāng)困難。

  最近，南開大學(xué)丁丹教授課題組首次設(shè)計并合成了一種具有AIE性質(zhì)的近紅外長余輝發(fā)光納米點（AGL AIE dots；圖一）。

圖一：AGL AIE dots用于精確的腫瘤手術(shù)切除導(dǎo)航

  在單次外源光激發(fā)后，納米材料中AIEgen產(chǎn)生的單線態(tài)氧與前體分子作用得到Schaap二氧環(huán)丁烷，后經(jīng)化學(xué)激發(fā)和能量轉(zhuǎn)移等過程，實現(xiàn)了PBS溶液中長達10天以上的自循環(huán)近紅外長余輝發(fā)光（圖二）。

圖二：AGL AIE dots的發(fā)光原理示意圖

  與近紅外熒光材料相比，AGL AIE dots具有更深的組織穿透能力，更高的信躁比，以及腫瘤對RES器官（肝脾組織）的超高長余輝光信號比，因此對于提高活體小鼠腫瘤切除手術(shù)的成像導(dǎo)航效果產(chǎn)生了極大的幫助（圖三）。

圖三：AGL AIE dots的長余輝光在肝脾等正常組織中快速淬滅，可用于精確的高信噪比的手術(shù)導(dǎo)航

  AGL AIE dots長余輝成像導(dǎo)航的腫瘤切除手術(shù)結(jié)果表明：探針可用于精確切除小鼠腹腔轉(zhuǎn)移瘤模型中的微小腫瘤。基于 Schaap分子的 AGL AIE dots具有獨特的優(yōu)點：

• (1)具有更高的發(fā)射強度和更長的余輝發(fā)光時間，在以往的文獻中尚未實現(xiàn)；

• (2)單次激發(fā)后的近紅外長余輝發(fā)光可持續(xù)10天，時間超長；

• (3)首次發(fā)現(xiàn)AIE性質(zhì)對于提高Schaap分子的發(fā)光強度和持續(xù)時間起到了決定性作用，并且在正常組織（包括RES器官和腎臟）中，Schaap分子具有快速的信號淬滅特性。

  因此，相比大量已報道的腫瘤生物標志物響應(yīng)型信號開啟探針，具備這一獨特性質(zhì)的AGL AIE dots可能更加適合精確的腫瘤手術(shù)導(dǎo)航治療和腫瘤早期檢測。

  這一研究成果近期發(fā)表在《Nano Letters》（2019, 19(1), 318-330）上，南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點實驗、生物活性材料教育部重點實驗室，以及生命科學(xué)學(xué)院的丁丹教授為通訊作者，學(xué)生倪翔和張曉燕為共同第一作者。

  論文鏈接: https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b03936