用户前沿丨复旦张凡Angew：NIR-II-L窗口(1500-1900nm)！基于镧系纳米晶的高分辨率体内多路成像

天美公司分析仪器

2023.11.10

作者天美中国

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一、成果简介

第二近红外窗口(NIR-II, 1000-1700 nm)的高分辨率体内光学多路通道应用在生物医学研究中至关重要。目前，受生物组织散射的限制，只有位于NIR-II b (1500-1700 nm)窗口的发光探针才能提供高分辨率的体内多路成像。然而，在这个狭窄的NIR-II b区域中可用的发光探针数量有限，这阻碍了体内成像的可用多路通道。

为了克服上述挑战，我们在光子散射和吸水的基础上，通过理论模拟将传统的NIR-II b窗口扩展到NIR-II长波(NIR-II-L, 1500-1900 nm)窗口。我们开发了一系列新型镧系发光纳米探针，发射波长从1852 nm到2842 nm。NIR-II-L纳米探针可对血管和肠道进行高分辨率的体内动态多路成像，并可对淋巴管、肿瘤和肠道进行多通道成像。

本文提出的无相互干扰的NIR-II-L探针是高对比度体内多路检测的有力工具，有望揭示生物体内的生理过程。

二、图文导读

图1 a.近红外镧系元素发射(上)、计算的皮肤光学散射、从组织中检测到的自身荧光和近红外区域(NIR-II-S、NIR-II短波长窗口)的吸水率(下); NIR-II-L, NIR-II长波长窗口); b.蒙特卡罗方法显示了1%脂肪内组织模体对近红外波长(1000-2000 nm)的模拟穿透深度; c. 1%脂内溶液覆盖NIR-II-S和NIR-II-L窗口中镧系元素发射的发光成像; d. β-ErNPs (β-NaYF4: 18Yb%，2%Er@NaYF4, 1500-1600 nm)与α-TmNPs (αNaYbF4: 8%Tm@NaYbF4@NaYF4,1600-1700 nm)和β-ErNPs与β-TmNPs (β-NaYF4: 30Yb%，1%Tm@NaYF4, 1700-1900 nm)组合后的残差信号比较。e. I2/I1由ROI-2与ROI-1成像强度之比计算，I4/I3由ROI-4与ROI-3之比计算。

图2 a - b。Yb- Tm对LnNPs中发光中心浓度(β-NaYF4: 30%Yb, x%Tm@NaYF4)和敏化剂浓度(β-NaYF4: x%Yb, 5%Tm@NaYF4)的近红外发光研究; c. NaYbF4: 5%Tm@NaYF4: x%Yb@NaYF4壳中增敏剂(Yb)的研究; d.优化结构的比较，包括核心(Tm-2，β- NaYbF4: 5%Tm@ NaYbF4@NaYF4)和壳层(Tm-1， β-NaYF4@NaYbF4: 8%Tm@ NaYbF4@NaYF4)的发光成分; e.优化后的Yb-Ho对(Ho-2， β-NaYbF4: 1%Ho@NaYbF4@NaYF4)和Yb-Er对(Er-2，β-NaYbF4: 2%Er@NaYbF4@NaYF4)与初始对(Ho-1，β-NaYF4: 30%Yb, 0.5%Ho@NaYF4和Er-1，β-NaYF4: 30%Yb,1%Er@NaYF4)的比较;f. NIR-II-S Ho (1050 ~ 1250 nm)、NIR-II-S Tm (1400 ~ 1500 nm)、NIR-II-L Tm (1600 ~ 2100 nm)和NIR-II-L Ho (1800 ~ 2200 nm)不同发射波段辐照功率密度的变化; g.提出的Tm、Ho和Er下转换发光的能量传递机制; h. 980 nm激发下，不同x%Tm或x%Ho在1852 nm和2030 nm处的寿命衰减图。

图3 a. NIR-II-S和NIR-II-L窗口的两个通道叠加图像。Group1包含Nd-1060和Ho-1152, Group2包含Nd-1060和Er-1532, Group3包含Er-1532和Tm-1852, Group4包含980 nm激发的Tm-1852和808 nm激发的Tm-1852。各组分别覆盖0、1 mm和3 mm 1%脂内溶液; b.双通道横截面强度取自3毫米脂肪内覆盖; c - d。计算出距离为3mm时的σFWHM和σSNR; e.在每个通道脂内深度为3mm时，随通道间距变化的平均σFWHM。

图4 a. NIR-II-S和NIR-II-L窗口的近红外发光复用图像，包括单通道(血管和小肠)和重叠通道。组1: Nd-1060 (ex808) + Ho-1152 (ex980);组2: Nd-1060 (ex808) + Er-1532 (ex980); 组3: Tm-1852 (ex980) + Er-1532 (ex980); 组4: Tm-1852 (ex980) + Tm-1852 (ex808)，比例尺: 3mm; b-e. 附近小肠和血管的横截面强度。