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【Nat. Biomed. Eng.】比常用有机米颗粒高500倍，超亮超快超低功率的余辉纳米粒子实现皮下肿瘤、原位神经胶质瘤、原位胰腺肿瘤和颈动脉斑块准确成像 ​

总结 ​

研究开发了一种基于三蒽衍生物的纳米颗粒，实现了超亮和超快的余辉成像。这些纳米颗粒在超低功率光照下激发，发出比常用有机余辉纳米颗粒高约500倍的余辉光，实现了深层组织成像和快速成像。

摘要 ​

本研究设计并合成了电子丰富的三蒽衍生物（TAD）纳米颗粒，用于余辉成像。TAD纳米颗粒在超低功率光照（58 μW cm⁻²）下激发，发出比常用有机余辉纳米颗粒高约500倍的余辉光。该纳米颗粒允许深层组织成像（深度达6 cm），以及超快余辉成像（采集时间短至0.01秒），并且在重新激发超过15次后几乎没有光漂白现象。研究还展示了一种仅在存在颗粒酶B时激活的余辉纳米颗粒，用于治疗监测中的颗粒酶B活性追踪。TAD纳米颗粒的高灵敏度和可忽略的光漂白特性为实时体内监测生理病理过程提供了优势。

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研究结果分类展示 ​

余辉分子设计与表征 ​

  • 分子结构：三蒽衍生物（TAD）和二蒽菲衍生物（DAPD）。
  • 纳米颗粒制备：采用纳米沉淀法制备水溶性TAD和DAPD纳米颗粒。
  • 光谱特性：TAD纳米颗粒的吸收和荧光光谱显示出强余辉发射。 image.png

余辉发光机制 ​

  • 电子自旋共振（ESR）：TAD纳米颗粒在光照下生成超氧自由基（O₂⁻）。
  • 密度泛函理论（DFT）计算：揭示了TAD分子与O₂⁻或¹O₂的环加成反应路径。
  • 光谱分析：TAD纳米颗粒在O₂饱和溶液中的余辉强度显著高于N₂饱和溶液。 image.png

体内成像性能 ​

  • 肿瘤成像：TAD纳米颗粒在小鼠肿瘤模型中实现了高对比度的余辉成像。

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  • 多次激发：TAD纳米颗粒在多次光照激发后余辉强度无明显衰减。

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  • 深层组织成像：TAD纳米颗粒在6 cm厚的组织中实现了高信噪比的余辉成像。 image.png

这项研究展示了三蒽衍生物纳米颗粒在余辉成像中的巨大潜力，为未来的生物医学成像提供了新的思路和方法。详细信息可以在这里找到。

参考文献 ​

Wang, Y.; Guo, J.; Chen, M.; Liao, S.; Xu, L.; Chen, Q.; Song, G.; Zhang, X.-B. Ultrabright and Ultrafast Afterglow Imaging in Vivo via Nanoparticles Made of Trianthracene Derivatives. Nat. Biomed. Eng 2024. https://doi.org/10.1038/s41551-024-01274-8.