本文要點：近紅外二區(qū)（NIR-II）成像和光熱療法在生物體內的精準診斷和治療中具有巨大的潛力。目前缺乏同時具有高光熱轉換效率（PCE）和熒光量子產(chǎn)率（ΦF）的NIR-II熒光探針。本文中，通過將一個大的共軛吸電子核心、多個轉子和多個烷基鏈整合到一個分子中，成功構建了一種NIR-II試劑4THTPB，其具有優(yōu)異的PCE（87.6%）和高ΦF（3.2%）。4THTPB顯示出在1058 nm的zui大發(fā)射峰，其發(fā)射尾部可延伸至1700 nm。這些特性使其納米顆粒（NPs）在NIR-II高分辨率血管造影中表現(xiàn)良好，從而通過NIR-II成像實現(xiàn)對血栓的精確診斷，并實現(xiàn)高效的光熱溶栓。這項工作不僅提供了一種性能優(yōu)異的NIR-II試劑，還為高性能NIR-II試劑的設計提供了寶貴的指導。

活體成像系統(tǒng)

在此，研究者通過將一個大的共軛受體多個轉子和四個烷基鏈整合到一個分子中，制備了一種名為4THTPB的NIR-II試劑，其具有高PCE和可觀的ΦF（圖1）。烷基鏈為多個轉子的分子內運動提供了充足的空間。這一設計策略最終使4THTPB在制備成納米顆粒（NPs）時的PCE達到87.6%。此外，引入烷基噻吩單元確保了分子內的顯著扭曲，從而有效防止了由π–π堆積引起的聚集誘導淬滅（ACQ）效應。同時，大共軛剛性單元與適當?shù)耐榛L度減少轉子運動空間以通過非輻射失活過程消耗所有能量。因此，測得4THTPB NPs的ΦF為3.2%。光物理測量顯示，4THTPB NPs在1058 nm處顯示出zui大發(fā)射，并且發(fā)射尾部延伸至1700 nm，這表明其在NIR-II區(qū)域具有出色的熒光成像能力。4THTPB是綜合性能（PCE和ΦF）以及最長波長方面報告的好試劑之一。因此，4THTPB NPs可用于小鼠血管成像并準確識別血栓位置。此外，由于其高PCE，4THTPB NPs可用于光熱溶栓和治療后血管重連的可視化。

圖1. 4THTPB的化學結構、設計策略和性能示意圖

接下來，用DSPE-PEG2000包封4THTPB，研究了其聚集狀態(tài)下的性能。通過動態(tài)光散射（DLS）和透射電子顯微鏡（TEM）表征，獲得的4THTPB NPs的流體動力學直徑為102.8 nm（圖2.A）。此外，磷酸緩沖溶液（PBS）中的4THTPB NPs非常穩(wěn)定，在環(huán)境條件下30天內沒有觀察到粒徑變化。與在THF溶液中的吸收不同，4THTPB NPs在732 nm處顯示紅移峰，并顯示延伸到NIR區(qū)域（>900 nm）的寬吸收帶（圖2.B）。此外，4THTPB NPs在793 nm處的分子消光系數(shù)也高于TT1-oCB NPs。在水中，4THTPB NPs的PL在1058 nm處達到峰值，尾部為1700 nm。1400nm以上拖尾發(fā)射強度的急劇下降可歸因于1450nm附近的水對光的強烈吸收。在沒有水干擾的情況下，處于聚集狀態(tài)的4THTPB的PL信號在1400至1550 nm的范圍內逐漸下降，與水溶液中觀察到的PL信號形成鮮明對比。以1,2-二氯乙烷中的IR-26（ΦF=0.5%）為參考，計算出4THTPB NPs在水中的ΦF為3.2%，遠高于THF中的ΦF。這些結果進一步表明，4THTPB具有AIE特性，其NPs非常適合NIR-II熒光成像。

圖2. 4THTPB NPs的表征

在NIR激光（808 nm）照射下對4THTPB NPs在水中的光熱效應進行了體外研究。結果表明，NPs的光熱效應取決于激光的強度和持續(xù)時間，以及它們的濃度，從而可以精確控制熱量的產(chǎn)生（圖2C）。值得注意的是，在808 nm激光照射（1 W cm–2）5分鐘后，4THTPB NPs（100μM）水溶液的溫度迅速達到約70°C，而在相同條件下，純水的溫度變化很小。即使在0.3 W cm–2808 nm激光照射下，4THTPB NPs也表現(xiàn)出明顯的熱效應，并在5分鐘內溫度升高到45°C。4THTPB中轉子和烷基鏈的數(shù)量比之前報道的試劑多，例如轉子和烷基鏈路較少的2TT-oC6B，這使得NPs在聚集狀態(tài)下具有更多的非輻射失活過程，ΦF低于2TT-oC6A NPs就證明了這一點。經(jīng)計算，PCE高達87.6%，幾乎超過了之前報道的所有NIR-II發(fā)射光熱材料。此外，4THTPB NPs具有很高的光熱穩(wěn)定性，即使在五次加熱-冷卻循環(huán)后也沒有衰減。4THTPB NPs憑借其優(yōu)異的熒光和光熱特性，在NIR-II成像引導的微小病變PTT（如溶栓）方面具有潛力。

圖3. 全身成像和腦血管顯微成像

使用4THTPB NPs作為探針進行體內和腦血管成像。注射4THTPB NPs后，整個血管系統(tǒng)變得清晰可見。為了評估空間分辨率，通過高斯擬合半峰全寬（fwhm）分析血管的橫截面強度分布，測量了血管的表觀寬度。結果表明，隨著LP濾光片波長分別從1200 nm增加到1300 nm，然后進一步增加到1500 nm，fwhm從0.43 nm下降到0.36 mm，再進一步下降到0.33 nm，從而表明NIR IIb熒光成像可用于精確區(qū)分體內的深層細節(jié)。

為了進一步驗證4THTPB NPs在不同穿透深度下對較小結構的成像能力，對小鼠大腦進行了顯微血管造影（圖3G-I）。靜脈注射4THTPB NPs后，在不同深度可觀察到小鼠腦內的血管系統(tǒng)。值得注意的是，穿透深度可達840μm，這使得即使是寬度為3.4 μm的毛細血管，在540μm的深度也能清晰地看到。這些發(fā)現(xiàn)表明，4THTPB NPs的NIR-II熒光信號提供了高清晰的深部組織成像。通過NIR-II成像技術實現(xiàn)的高空間分辨率為提供更準確的微小病變診斷信息帶來了巨大的希望。

圖4. 體外和體內的血栓診斷和治療

圖5. 通過治療和評估溶栓效率來進行血管再通的NIR-II成像。左腿和右腿的NIR-II成像（右腿股動脈血栓模型）