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复旦大学张凡教授：新型NIR-II有机小分子染料用于动物血流动态成像
发布时间：2020-09-02     作者：harry   分享到：
维系血中巡环设计设计于优良的任务的情形，是动物学的技术工程人体细胞赖以存在的常规能力，故而对血中巡环设计设计做随时摄像头极具关键性目的。在血流量摄像头阶段中，不止是是须要在单独时段点做的空态数据激光散斑，更是是须要对本来现随时微创的各式各样摄像头。在静脉摄像头阶段中，不止是是须要在单独时段点做的空态数据激光散斑，更是是须要对本来现随时微创的各式各样摄像头。与傳統的近红外窗子（780-900 nm）较之，近红外二区（NIR-II; 1000-1700 nm）光学薄膜动物学的技术工程荧光激光散斑的技术可控制更为重要的信噪比和动物学的技术工程集体通过深入。而巧妙分子结构结构探头为了极具相对来说分子结构结构量较小，非常容易分泌，动物学的技术工程致毒低等优势可言，而言未来十年的动物学的技术工程医疗器具转成极具更好的价值。近年来固然巧妙NIR-II荧光探头已被广泛的新闻报导中用活体激光散斑，因此是由于其血中巡环设计半衰期较短（约5-60一分钟），没有控制各式各样生理问题阶段的陆续检测。


【成果简介】
近日，复旦大学化学系张凡教授团队以2-苯基吲哚等为原料，通过两步反应可高产率（90%）合成更大吸收和发射波长均大于1000 nm的水溶性近红外成像探针LZ-1105。该分子内芳香母核上扭转的吲哚环提供了较大的空间位阻，端基上含有的四个磺酸根基团进一步赋予了LZ-1105较高的水溶性。同时，该团队利用密度泛函理论解释了LZ-1105有机小分子的电子特性和类似化合物LZ系列分子的光谱差异及规律，为NIR-II有机小分子探针的设计与合成提供了思路。动物实验结果表明，LZ-1105与血液中的纤维蛋白原特异性结合形成复合物，增强了荧光量子产率（1.46%）。同时，该分子具有较长的血液循环时间（半衰期为3.2小时）。在1064 nm激光器激发下，LZ-1105可对小鼠脑部、腿部血管和腘窝淋巴管进行高穿透深度、高分辨率、高信噪比的静态NIR-II荧光成像。此外，由于其具有较长的血液半衰期，LZ-1105被进一步应用于小鼠下肢血管缺血再灌注，颈动脉血栓溶栓过程以及血脑屏障开启和关闭过程等生理变化的实时动态监控，并对此类血管相关疾病的血流速度进行定量分析。这为后续血管类疾病的实时监控与个性化**打下了坚实的基础。研究成果以“Organic NIR-II Molecule with Long Blood Half-Life for In Vivo Dynamic Vascular Imaging”发表在**期刊Nature Communications上，张凡教授为该论文通讯作者，已毕业博士生李本浩和博士生赵梦瑶为论文共同作者。该工作得到了复旦大学化学系、复旦大学**材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室、上海市分子催化与功能材料重点实验室、国家重大研究计划项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会重点基础研究项目的大力支持。同时，该课题得到了上海交通大学附属第六人民医院的大力帮助。
【图文导读】
图一、LZ-1105的光学特性及其与ICG体内近红外成像的对比
（a）LZ-1105的结合规划。
（b）LZ-1105在PBS中的归一化消化和荧光构造。图文并茂：LZ-1105（10 μM）在PBS中的NIR-II荧光图形。
（c）LZ-1105和ICG在1064 nm和808 nm脉冲激光鼓励下的荧光的强度。图文并茂：小鼠血样中LZ-1105和ICG的NIR-II荧光图像文件。
（d-e）（d）、LZ-1105和ICG的NIR-II图象、归一化4g信号效果和半峰宽评测。
（f-j）用LZ-1105或ICG填充裸鼠（脑）和脱毛ICR小鼠（n = 3）（腮腺机模式和后肢）脑（f）、后肢（h）和腮腺机模式（j）的微创NIR-II荧光彩色图像。
（g-k）沿脑（f）、后肢（h）和淋疤机系统（j）红颜色虚线的荧光承载力地域分布（点）和高斯拟合曲线（线）。
图二、LZ-1105和ICG的药代动力学和血液滞留
（a-c）血管针剂LZ-1105和ICG后，小鼠身體（a）、大脑皮层（b）和后肢（c）的各个周期NIR-II三维成像。
（d）LZ-1105和ICG给药小鼠在（b）和（c）的黄蓝虚线处的相对应的数据环境比（SBR）会随时间影响。
（e）LZ-1105和ICG给药小鼠的血液循环（%ID g−1）随时间变化。
（f）LZ-1105小鼠24钟头内尿计算时间排掉曲线图。
（g）LZ-1105和ICG在不一样的增进和长通滤波器下的NIR-II网络信号效果。
（h）用20 oC恒温滴定量热法（ITC）测定了LZ-1105和ICG与牛血清白蛋白（BSA）和牛纤维蛋白原的结合参数。
图三、后肢缺血再灌注的实时NIR-II成像
（a）缺血性再穿刺期间示图图。
（b）右图如下图所示，在有差异 精力点用LZ-1105来脑供血不足再灌洗的NIR-II微生物影像。
（c）不同在被勾住1、4、8和12 h后，成为時间函数公式的前、中合尾声角度处的血供所经由的对应长度。
图四、颈动脉溶栓过程的实时NIR-II成像
（a）溶栓方式的构造图。
（b）LZ-1105在从组使用纤溶酶原提高剂（rt-PA）注塑的不一样的日子点对颈血管使用NIR-II生物学成相。
（c）在溶栓操作过程中医治血供量与时间间隔的指数函数关系的。
图五、实时无创NIR-II成像监测血脑屏障的开启和关闭
（a）主要用于污染监测BBB启动和恢复原状的NIR-II三维成像快速设置的图示图。
（b）其他时点（n = 3）瞄准高周波（FUS）和微泡正确处理左右小鼠脑的NIR-II图形。
（c-d）绿色的和青色方框相对的归一化总值表现刚度随时随地间的的变化。
图六、LZ染料的密度泛函理论计算
（a）LZ活性染料的普通机械设备构造。
（b）按照LZ颜料的整合S1几何体空间结构，画制了HOMO和LUMO图。
（c）LZ染剂基态多少构型的提高。
【结论展望】
虽然，这个工作任务介绍了一大种小分子结构无机LZ-1105，以体现更快、无创dna、夺辨认率和城市热力图的血中冲热学成相。LZ-1105有长期限的血中重复和NIR-II对话窗口的刺激和散发，也可以于技术性血中的过程 的动态数据或不断地成相，有后肢脑供血不足再灌入、颈冠状动脉溶栓和小鼠BBB的暂时性启动和还原。该形式也可以于技术性发觉和监测技术比较多的血中相应干涉现象，为小各种动物血中相应的疾病的发生制度展示 新的理论研究方法。
论文资料外部链接：Organic NIR-II molecule with long blood half-life for in vivo dynamic vascular imaging ( Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-020-16924-z)
【课题组简介】
张凡，客座专家教授，专家教授生老师，国家地区典范年轻人科学技术新基金赚取者、中组部年轻人拔尖SEO的优秀企业人才。200七年获北大专科师范大学考研电学系理学专家教授硕士学位（老师：赵东元科学院中科院院士）。2008-20二十年国外加州专科师范大学考研圣塔芭芭拉分校电学与生态学电学系专家教授后（老师：Galen Stucky科学院中科院院士）。20二十年4月用北大专科师范大学考研SEO的优秀企业人才技术引进项目任电学系副学习员、专家教授生老师，20多年密切配合成立公司北大-陶氏电学联办学习心中，任学习心中副办公室主任，201三年底始于任电学系客座专家教授。
张凡讲解具体考证挂靠于有色金属近红外荧光纳米技术电极和生产氧分子电极的设计的概念制作而成和生态学中医学评估解析。刊出SCI整形文献资料100余篇，篇刊出在Nat. Nanotechnol (1篇)，Nat. Commun（5篇），J. Am. Chem.Soc.（8篇），Angew. Chem. Int. Ed.（12篇），Adv. Mater. (6篇），Nano. Lett. (5篇）等生态学石油化工上的相应世界上过硬杂志上刊出好几回系列表有决定的实验整形文献资料，引用文献不低于13000次，H index 62。22篇整形文献资料入围ESI高被引整形文献资料，2016年入围科睿唯安**高被引学生。编写发行英文翻译学术界专著2部（荷兰贵族石油化工上的会发行社和法国Springer-Nature发行社）。赢得教学部自然而然科学研究头等奖、侯德榜石油化工科枝奖、西安市科枝发展奖等奖、西安市、青年人人才科枝奖等奖章。同一时间担当世界上杂志Frontiers in Chemistry (Nanoscience Section)（决定细胞要素4.312）施行总编，Particle & Particle systems characterization 世界上杂志学术界杂志编委 （决定细胞要素4.384）。