亞甲藍探針可在極低的的pH值下可對胃酸過多進行NIR-II成像
本文要點：亞甲基藍（MB）是美國食品藥品監督管理局批準的一種造影劑，其供體-受體（D−A）結構與含羰基的氮雜環結合。MB可以通過質子化轉化為MBH（質子化MB），這不僅誘導熒光發射從第一個近紅外窗口（NIR-I，650−950 nm）紅移到第二個近紅外窗（NIR-II，1000−1700 nm），而且實現了ACQ到AIE的轉換。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 （MB） 是含有含羰基雜環結構的典型供體-受體 （D-A），通過氮雜環受體的質子化來加強 MB 的 D-A 相互作用，從而產生紅移發射。MB可以在受體質子化下產生MBH（質子化MB）。與MB相比，MBH的吸收峰和發射峰發生紅移（圖1A，D）。MBH的熒光發射峰為930 nm，紅移了232 nm（MB的峰為698 nm）。MBH在808nm激光照射下表現出出色的光穩定性。由于質子化受體加強了D-A相互作用，當MB分子的受體發生質子化時，熒光發射峰可以從NIR-I光譜范圍紅移到NIR-II光譜范圍。
圖1. 亞甲藍（MB）和質子化亞甲基藍（MBH）的光學特性
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光行為。MB在稀二氯甲烷溶液中表現出較強的信號，隨著正己烷體積的增加而降低（fhex）從10%到90%。MB表現出典型的聚集引起的淬滅（ACQ）現象，發現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，導致MB熒光強度下降（圖1B和C）。當fhex從10%增加到70%時，MBH的熒光增強，但當fhex從80%進一步增加到90%時，MBH的熒光消失。紅線是以不同正己烷和DCM混合系統比例聚集的MBH分子的DLS測量結果。DLS測量結果表明，當正己烷和DCM混合體系的比例增加到40%以上時，形成了納米級聚集體，當正己烷和DCM混合體系的比例增加到80%時，形成納米級聚集體，達到∼400 nm的流體動力學直徑，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，導致MBH熒光強度增加（圖1E和F），進一步證實了MBH的AIE性質。這些結果表明，通過MB分子中受體的質子化實現了ACQ到AIE的轉變。更重要的是，其類似物中普遍存在MB分子受體質子化后的NIR-II熒光發射特性和AIE活性，這為實現ACQ-AIE轉化提供了新的策略。
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。本研究中進行了一個初步的實驗，以評估具有激活NIR-II熒光的刺激響應性MBH探針在體內檢測胃酸高分泌。此外，MB無毒，并經FDA批準。如圖2所示，當小鼠胃酸分泌正常時，通過灌胃方法給予MB，胃中沒有NIR-II熒光信號（圖2A–C）。隨后，向小鼠胃內注射鹽酸，作為胃酸高分泌的動物模型。NIR-II熒光信號在胃內緩慢出現（圖2D–F）。當給予小鼠小蘇打以中和多余的胃酸時，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，并且在整個操作過程中保持高背景熒光信號，因為作為熒光信號的NIR-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）。監測小鼠喂MB后體重的變化，評價其健康狀況；結果表明，體重變化不大，說明MB的生物安全性。因此，這些結果表明，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確性和治療過程的監測。
總結：
綜上所述，本研究中開發了一種基于NIR-II熒光過程的極端酸性環境檢測方法，通過MB分子中受體的質子化，并成功應用MB檢測極酸性胃酸。MB分子中受體的質子化使熒光發射峰從NIR-I窗口紅移至NIR-II窗口。更重要的是，這是通過分子中受體的質子化實現ACQ到AIE轉變的第一個例子，這為探索現有材料中的AIE特性提供了一種獨特的方法。
參考文獻
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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