熒光成像由于具有高靈敏性和分辨率的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于生物組織實時成像，然而其組織穿透深度受到激發(fā)光穿透深度有限的限制和生物組織背景熒光的干擾。由于無需外源激發(fā)光照射，化學發(fā)光材料在深度組織穿透成像領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢。Luminol作為常用的化學發(fā)光團被廣泛應(yīng)用于分析檢測領(lǐng)域，但是其藍色化學發(fā)光的組織穿透能力差，因此開發(fā)近紅外化學發(fā)光材料在深度組織成像領(lǐng)域具有重要意義。
化學發(fā)光通常來源于化學反應(yīng)的產(chǎn)物或者通過能量轉(zhuǎn)移至熒光染料受體，因此提高化學反應(yīng)產(chǎn)物或熒光受體的熒光量子產(chǎn)率可以有效提升化學發(fā)光量子產(chǎn)率。傳統(tǒng)熒光染料聚集時由于分子間強烈的p–p作用往往會導致熒光猝滅，而具有聚集誘導發(fā)光（aggregation-induced emission, AIE）效應(yīng)的熒光材料在聚集時會發(fā)出強烈熒光，被廣泛應(yīng)用于生物組織成像領(lǐng)域。
工作內(nèi)容：
近期，香港科技大學唐本忠院士團隊與華中科技大學羅亮教授團隊合作開發(fā)了具有聚集誘導發(fā)光（AIE）效應(yīng)的近紅外化學發(fā)光材料TBL（圖1），其近紅外化學發(fā)光可以穿透3厘米厚度的生物組織，并且能夠區(qū)分腫瘤組織和正常組織，在深部生物組織成像、原位癌癥診斷和手術(shù)治療領(lǐng)域都體現(xiàn)出良好的潛在應(yīng)用前景。
圖1、(A) TBL化學發(fā)光機理, ?(B) TBL納米顆粒制備示意圖。
化合物TBL溶解在DMSO中基本不發(fā)光，加入不良溶劑水后聚集發(fā)出強烈熒光，表現(xiàn)出典型的聚集誘導發(fā)光（AIE）效應(yīng)（圖2 A-B）。由于TBL在水中聚集時會析出沉降影響測試穩(wěn)定性，因此利用表面活性劑F127包裹TBL制備得到了穩(wěn)定的TBL納米顆粒（圖1B、2C），化學發(fā)光光譜與熒光光譜一致也表明化學發(fā)光可能來源于TBL氧化產(chǎn)物（圖2D）。不同活性氧 (reactiveoxygen species, ROS) 氧化測試對比表明次氯酸根或單線態(tài)氧可以極大提高TBL納米顆粒的化學發(fā)光強度（圖2E），并且TBL納米顆?？捎糜趯尉€態(tài)氧的定量檢測（圖2F），表明TBL納米顆粒在ROS的分析檢測和生物體內(nèi)成像領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
圖2、(A-B) TBL在H2O/DMSO溶液中的熒光光譜, (C) TBL納米顆粒穩(wěn)定性測試, (D) TBL納米顆粒的熒光和化學發(fā)光光譜, (E) 不同ROS氧化條件下近紅外化學發(fā)光強度對比, ?(D) 定量檢測單線態(tài)氧。
圖3、(A) 近紅外化學發(fā)光組織深度成像和熒光成像, (B) 單線態(tài)氧濃度逐漸增加時近紅外化學發(fā)光圖, (C) 魯米諾和TBL納米顆?；瘜W發(fā)光成像對比。
近紅外化學發(fā)光組織穿透深度測試表明可以有效穿透3cm厚度培根組織，而熒光很難穿透3mm厚度培根組織（圖3A），并且化學發(fā)光強度與單線態(tài)氧濃度成正比（圖3B）, 與Luminol藍色化學發(fā)光對比表明近紅外化學發(fā)光可以更有效的穿透生物組織（圖3C）。
此外，研究者將近紅外化學發(fā)光拓展至生物體內(nèi)活性氧的檢測及成像。外源性單線態(tài)氧檢測實驗表明近紅外化學發(fā)光時長超過1小時并且具有很高的信噪比（圖4A-B）。生物體內(nèi)大量累積的ROS會對蛋白質(zhì)及DNA造成損傷，嚴重時會引發(fā)癌癥。TBL納米顆?？梢杂行z測出腫瘤組織區(qū)域高濃度的ROS，體現(xiàn)出在腫瘤診斷和化學發(fā)光引導的手術(shù)治療領(lǐng)域的良好潛在應(yīng)用前景（圖4C-D）。
圖4、(A-B) 小鼠體內(nèi)近紅外化學發(fā)光成像, (C-D) TBL納米顆粒區(qū)分正常組織和腫瘤組織成像, (E) 注射TBL納米顆粒后小鼠體重變化。
該文章近期發(fā)表在Advanced?Materials上，文章的第一作者為香港科技大學博士生劉晨晨和華中科技大學博士生王修霞，通訊作者為華中科技大學羅亮教授和香港科技大學唐本忠院士。該工作受到國家自然科學基金 (21788102),?RGC(N_HKUT609/19 and C6009‐17G), ITC (ITC‐CNERC14SC01and ITCPD/17‐9), Ming Wai Lau Centre for ReparativeMedicine, Karolinska Institute (MWLC19SC02)?和國家重點研發(fā)計劃(2018YFA0208903) 等項目支持。
參考文獻：
Chenchen Liu, Xiuxia Wang, JunkaiLiu, Qiang Yue, Sijie Chen, Jacky W. Y. Lam, Liang Luo, Ben Zhong Tang.?Near‐Infrared AIE Dots with Chemiluminescence for Deep‐Tissue Imaging.?Adv.Mater.?2020, 2004685.
