Nat. Commun. ¦ 戴文博&雷云祥&丁丹：白光激发有机室温磷光用于改善体内生物成像

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1. 研究背景

光学成像因其非电离辐射、高时空分辨率和实时诊断的优点，在生物组织的可视化和检测中变得越来越重要。磷光发射是一种光学现象，起源于激子从三重激发态到基态的辐射跃迁，其发射寿命为毫秒到秒。该特性有效地缓解了生物组织中自发荧光干扰。目前为止，掺入重金属或稀土金属的无机发光体已被用于肿瘤和血管成像，以及体内细胞靶向和追踪。然而，由于重金属离子的潜在泄漏及其不可生物降解的性质，对这些无机发光体的长期生物毒性的担忧仍未得到解决。有机磷光化合物具有高生物相容性、低毒性和易于官能团修饰的特点，在生物组织的诊断和治疗方面具有天然优势。尽管缺乏重金属原子，但有机材料可以通过一系列可行的策略赋予室温磷光（RTP），如晶体工程、H-聚集、聚合和主客体掺杂。这些进展显著扩展了有机RTP材料的性能和类型。然而，大多数有机RTP材料仅能被短波紫外线（UV）激发，这会对生物组织造成相当大的损伤。这阻碍了有机RTP材料在临床成像中的实际应用。

目前，在生物成像中使用有机磷光材料存在两种模式，注射-激发型与激发-注射型。注射-激发模式具有明显的优势，如实时激发和成像。然而，必须严格限制对生物组织有害的紫外线的使用，从而显著降低成像效率。即使强度降低，紫外线仍然会伤害生物体。相比之下，激发-注射模式避免了激发光对生物组织造成的损伤，但需要具有长磷光寿命的材料。由于激发过程中的光子损失，这种模式通常会导致信号较弱。白光激发的磷光材料可以在注射-激发模式下使用，因为白光可以直接照射生物组织。因此，设计和制备可以被白光激发的磷光材料无疑将扩大生物成像的应用。

2. 结果与讨论

六种以三嗪基团为受体的供体-受体（D-π-A）型化合物（TRZ-1至TRZ-6）被设计为客体。D-π-A结构有利于增加材料的吸收和发射波长，而三唑基团具有很强的吸收能力，可以提高分子的摩尔消光系数。在白光的激发下，所有六种客体都表现出高效的余辉。随后，使用二苯甲酮（BPO）作为主体构建掺杂系体系。正如预期的那样，掺杂材料在白光激发下表现出3-5 s的明亮余辉，表明白光激发的RTP性能优良。

掺杂系统的磷光量子产率（QY）范围为15%至75%，磷光寿命在176至401毫秒之间。即使在460-500纳米的激发波长下，掺杂材料也能保持81-239毫秒的磷光寿命。掺杂材料用于对小鼠的肿瘤和动脉粥样硬化（AS）进行成像，导致46.1的高信号背景比（SBR）。此外，基于Fe2+和Fe3+对TRZ-1/BPO的磷光信号的猝灭作用，该材料被应用于肿瘤小鼠的成像指导手术。进一步，TRZ-1/BPO被制备为用于盲肠疾病成像的口服凝胶（O-TRZ-1/BP-gel）。这些白光激发的RTP材料在上述实验中表现出优良的成像效果，清楚地表明白光或可见光可以取代紫外光作为光学成像的激发源。

图1. 通过分子工程和主客体体系构建白光激发有机磷光材料的设计策略

图2. 客体光物理性质

图3. 掺杂体系的白光激活磷光特性

图4. TRZ-1/BPO NPs在注射-激发模式下的生物成像效应

图5. O-TRZ-1/BPO-gel用于盲肠成像

文献链接：DOI:10.1038/s41467-025-59367-0

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