第二個近紅外窗口（NIR-II；1,000-1,700 nm）中的光學生物成像提供了大穿透深度和高空間分辨率。人們對設計各種類型的探針（如有機小分子、半導體量子點和稀土納米晶體）的興趣日益濃厚，從而產生了一個大型 NIR-II 生物成像探針庫。從光物理的角度來看，到目前為止，所有這些探針都只發射 NIR-II 熒光。熒光有多個固有的缺點，例如斯托克斯位移小（有機菁熒光團約50 nm，IV–VI納米晶體<200 nm）和發射壽命短（納秒級）。epi熒光顯微鏡中未聚焦的自發熒光信號通過疊加到感興趣的焦點內NIR-II信號上，從而產生黑色天空中的白星效應，從而使圖像模糊。在動態生理環境深處實現目標特定的成像仍然具有挑戰性。室溫磷光（一種與熒光有關的光致發光）因其長壽命的發光、大的斯托克斯位移和高信噪比而引起了光子學和有機電子學的廣泛關注。這些特性有助于克服傳統NIR-II熒光成像的缺點。在這種情況下，磷光和NIR-II生物成像的功能集成可以提供高質量的生物成像。然而，主要由于材料設計策略的不足，NIR-II磷光成像一直難以實現。鑒于此，斯坦福大學程震、武漢理工大學孫濤壘和自動化研究所胡振華等人報道了一種壽命為數百微秒和斯托克斯位移為 430 nm 的 NIR-II 磷光探針的開發和體內應用。成果發表在Nature Biomedical Engineering上。
該探針由谷胱甘肽封端的銅-銦-硒納米管制成，在酸性環境 (pH 5.5-6.5) 中從顯示熒光轉換為磷光。具體而言，研究人員表明，谷胱甘肽修飾的銅-銦-硒（CISe）納米管在中性環境中幾乎無熒光，在微酸環境中可在約1130 nm處產生NIR-II磷光。研究發現，NIR-II磷光的出現可歸因于Cu至In激子轉移，其中 CISe 納米管的自限組裝穩定了激發態能量。體內外研究表明，CISe 納米管具有生物相容性。對于腫瘤生物成像，將 CISe 納米管以 20mg kg-1 的劑量靜脈注射到帶有皮下 143B 骨肉瘤癌細胞的裸鼠體內。在基于強度的 NIR-II 成像系統下，PEG-CIS 納米棒在腫瘤內部和其他正常組織（特別是肝臟和腸道）中發出強度信號，造成強烈的背景干擾。腫瘤對正常組織 (T/NT) 值結果表明，注射到小鼠體內的 CISe 納米管的 T/NT 值在 24 小時達到 190±10。腫瘤成像數據證實了，微妙的生理相關 pH 觸發足以激活 CISe 納米管的長壽命磷光。同時表明 CISe 納米管可以特異性靶向酸性腫瘤微環境。此外，體模研究表明 NIR-II 磷光在更深的組織穿透中比 NIR-II 熒光具有更好的空間分辨率。總的來說，在骨肉瘤和乳腺癌的異種移植模型中，該探針的靜脈內或瘤內注射能夠以比使用聚合物穩定的銅-銦-硫化物納米棒的 NIR-II 熒光成像更高的信號背景比、空間分辨率和靈敏度進行磷光成像。綜上所述，依靠生理 pH 誘導的輻射模式切換策略的 NIR-II 磷光成像可以解決傳統光學探針的光物理、生物和體內腫瘤成像缺點。NIR-II 磷光成像可以為腫瘤特異性體內成像提供許多機會。在時間分辨成像系統下，來自 CISe 納米管的長壽命 NIR-II 磷光的尖銳和精細的 pH 敏感性可能有助于規避體內成像的腫瘤異質性。NIR-II 磷光和 NIR-II 成像的功能集成提供了高空間分辨率和深穿透深度的腫瘤特異性成像。因此，NIR-II 磷光成像可以在廣泛的生物醫學應用中提供有利的性能。Chang, B., Li, D., Ren, Y. et al. A phosphorescent probe for in vivo imaging in the second near-infrared window. Nat Biomed Eng (2021).https://doi.org/10.1038/s41551-021-00773-2
