亞甲藍(lán)探針可在極低的的pH值下可對胃酸過多進(jìn)行NIR-II成像

本文要點(diǎn)：亞甲基藍(lán)（MB）是美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的一種造影劑，其供體-受體（D−A）結(jié)構(gòu)與含羰基的氮雜環(huán)結(jié)合。MB可以通過質(zhì)子化轉(zhuǎn)化為MBH（質(zhì)子化MB），這不僅誘導(dǎo)熒光發(fā)射從第一個(gè)近紅外窗口（NIR-I，650−950 nm）紅移到第二個(gè)近紅外窗（NIR-II，1000−1700 nm），而且實(shí)現(xiàn)了ACQ到AIE的轉(zhuǎn)換。MB已在具有極低pH值（<1）的高酸血癥成像中被成功證明。

亞甲藍(lán) （MB） 是含有含羰基雜環(huán)結(jié)構(gòu)的典型供體-受體 （D-A），通過氮雜環(huán)受體的質(zhì)子化來加強(qiáng) MB 的 D-A 相互作用，從而產(chǎn)生紅移發(fā)射。MB可以在受體質(zhì)子化下產(chǎn)生MBH（質(zhì)子化MB）。與MB相比，MBH的吸收峰和發(fā)射峰發(fā)生紅移（圖1A，D）。MBH的熒光發(fā)射峰為930 nm，紅移了232 nm（MB的峰為698 nm）。MBH在808nm激光照射下表現(xiàn)出出色的光穩(wěn)定性。由于質(zhì)子化受體加強(qiáng)了D-A相互作用，當(dāng)MB分子的受體發(fā)生質(zhì)子化時(shí)，熒光發(fā)射峰可以從NIR-I光譜范圍紅移到NIR-II光譜范圍。

圖1. 亞甲藍(lán)（MB）和質(zhì)子化亞甲基藍(lán)（MBH）的光學(xué)特性

此外，還研究了MB和MBH在二氯甲烷和二氯甲烷/正己烷混合物中的光致發(fā)光行為。MB在稀二氯甲烷溶液中表現(xiàn)出較強(qiáng)的信號，隨著正己烷體積的增加而降低（fhex）從10%到90%。MB表現(xiàn)出典型的聚集引起的淬滅（ACQ）現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)MB分子在不同比例的正己烷和二氯甲烷混合物體系聚集成顆粒，導(dǎo)致MB熒光強(qiáng)度下降（圖1B和C）。當(dāng)fhex從10%增加到70%時(shí)，MBH的熒光增強(qiáng)，但當(dāng)fhex從80%進(jìn)一步增加到90%時(shí)，MBH的熒光消失。紅線是以不同正己烷和DCM混合系統(tǒng)比例聚集的MBH分子的DLS測量結(jié)果。DLS測量結(jié)果表明，當(dāng)正己烷和DCM混合體系的比例增加到40%以上時(shí)，形成了納米級聚集體，當(dāng)正己烷和DCM混合體系的比例增加到80%時(shí)，形成納米級聚集體，達(dá)到∼400 nm的流體動(dòng)力學(xué)直徑，這與熒光測量的趨勢一致（圖1F中的黑線）。MBH分子以不同比例的正己烷和二氯甲烷混合物體系聚集成顆粒，導(dǎo)致MBH熒光強(qiáng)度增加（圖1E和F），進(jìn)一步證實(shí)了MBH的AIE性質(zhì)。這些結(jié)果表明，通過MB分子中受體的質(zhì)子化實(shí)現(xiàn)了ACQ到AIE的轉(zhuǎn)變。更重要的是，其類似物中普遍存在MB分子受體質(zhì)子化后的NIR-II熒光發(fā)射特性和AIE活性，這為實(shí)現(xiàn)ACQ-AIE轉(zhuǎn)化提供了新的策略。

胃液pH值小于1可引起高酸血癥（正常胃液呈酸性，pH值為1.5～3.5）。目前有可見和近紅外熒光探針可用于檢測胃酸的高分泌，但不能用于體內(nèi)檢測。與可見光和NIR-I成像相比，NIR-II熒光成像具有較高的空間分辨率和成像對比度。本研究中進(jìn)行了一個(gè)初步的實(shí)驗(yàn)，以評估具有激活NIR-II熒光的刺激響應(yīng)性MBH探針在體內(nèi)檢測胃酸高分泌。此外，MB無毒，并經(jīng)FDA批準(zhǔn)。如圖2所示，當(dāng)小鼠胃酸分泌正常時(shí)，通過灌胃方法給予MB，胃中沒有NIR-II熒光信號（圖2A–C）。隨后，向小鼠胃內(nèi)注射鹽酸，作為胃酸高分泌的動(dòng)物模型。NIR-II熒光信號在胃內(nèi)緩慢出現(xiàn)（圖2D–F）。當(dāng)給予小鼠小蘇打以中和多余的胃酸時(shí)，NIR-II熒光信號消失（圖2H）。然而，胃的NIR-I熒光信號幾乎沒有任何變化，并且在整個(gè)操作過程中保持高背景熒光信號，因?yàn)樽鳛闊晒庑盘柕腘IR-I圖像具有較短的波長，并且在很大程度上被自體熒光掩蓋（圖2G）。監(jiān)測小鼠喂MB后體重的變化，評價(jià)其健康狀況；結(jié)果表明，體重變化不大，說明MB的生物安全性。因此，這些結(jié)果表明，具有可激活NIR-II熒光的MBH探針不僅能夠提供更好的活體胃成像，而且能夠提供高氯酸血癥疾病檢測的準(zhǔn)確性和治療過程的監(jiān)測。
 

參考文獻(xiàn)

Deng G, Zhang S, Peng X, et al. Methylene Blue: An FDA-Approved NIR-II Fluorogenic Probe with Extremely Low pH Responsibility for Hyperchlorhydria Imaging[J]. Chemical & Biomedical Imaging, 2024.

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近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

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