分子成像能在细胞和分子水平上对体内特定的生化活动进行定量可视化，用于研究生物过程、疾病诊断或监测治疗。但现有常用的分子成像方式存在内在局限性，如灵敏度差（用于磁共振成像）、电离辐射（用于正电子发射断层扫描）和强背景信号（用于荧光成像）等。
余辉发光是光激发停止后发生的一种本征发光过程。由于不需要实时光激发，余辉发光可消除生物组织的自发荧光，大大提高信噪比。因此，余辉发光有望在体内实现各种生物医学应用，如原位肝肿瘤成像或微小的腹膜转移肿瘤、淋巴结定位、早期检测药物引起的肝毒性以及指导活体动物的手术或治疗等。
目前，一些无机纳米颗粒已被开发用于产生余辉发光。但它们在体内的适用性可能会受到重金属离子潜在泄漏相关的全身毒性担忧影响，光余辉转换性能很差，需要高功率密度的激光激发并且采集时间长。
湖南大学化学化工学院化学/生物传感与化学计量学国家重点实验室教授张晓兵与宋国胜科研团队，设计了一种富电子三蒽衍生物纳米粒子，能在极低功率光照下发出超亮的余辉发光，为生物成像领域带来新的进展。
腹膜转移模型小鼠的体内余辉成像图片。受访者 供图
这种纳米粒子在超低功率（58 μW cm-2）的室内光激发下，发出的余辉是常用有机余辉纳米粒子的500倍；纳米粒子的超亮余辉允许进行深层组织成像（高达6厘米），实现超快余辉成像（短采集时间低至0.01秒），在15个周期的再激发后也可忽略光漂白，并能精确地显示皮下和原位肿瘤以及颈动脉斑块。有机余辉纳米颗粒的高灵敏度和可忽略的光漂白为实时监测生理病理过程提供了优势。
宋国胜解释说，人体内部就像一个黑匣子，传统成像技术好比手电筒，需持续光源来照亮体内结构。团队研发的新型纳米粒子就像个自带光源的灯笼，即使光源关闭，它依然能发出明亮的光，让医生看得更清楚、更深入。这种纳米粒子只需极微弱的光照就能工作，也能大大减少对人体组织的损伤风险，其在体内的稳定性和低毒性使之有望成为临床应用的理想选择。
研究成果近日发表在Nature Biomedical Engineering上。（来源：中国科学报 王昊昊）
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41551-024-01274-8
