本文要点：亚甲基蓝（MB）是美国批准的一种造影剂，其供体-受体（D−A）结构与含羰基的氮杂环结合。MB可以通过质子化转化为MBH（质子化MB），这不仅诱导荧光发射从一区近红外窗口（NIR-I，650−950 nm）红移到第二个近红外窗（NIR-II，1000−1700 nm），而且实现了ACQ到AIE的转换。MB已在具有极低pH值（<1）的高酸血症成像中被成功证明。
亚甲蓝 （MB） 是含有含羰基杂环结构的典型供体-受体 （D-A），通过氮杂环受体的质子化来加强 MB 的 D-A 相互作用，从而产生红移发射。MB可以在受体质子化下产生MBH（质子化MB）。与MB相比，MBH的吸收峰和发射峰发生红移（图1A，D）。MBH的荧光发射峰为930 nm，红移了232 nm（MB的峰为698 nm）。MBH在808nm激光照射下表现出出色的光稳定性。由于质子化受体加强了D-A相互作用，当MB分子的受体发生质子化时，荧光发射峰可以从NIR-I光谱范围红移到NIR-II光谱范围。
图1. 亚甲蓝（MB）和质子化亚甲基蓝（MBH）的光学特性
此外，还研究了MB和MBH在二氯甲烷和二氯甲烷/正己烷混合物中的光致发光行为。MB在稀二氯甲烷溶液中表现出较强的信号，随着正己烷体积的增加而降低（fhex）从10%到90%。MB表现出典型的聚集引起的淬灭（ACQ）现象，发现MB分子在不同比例的正己烷和二氯甲烷混合物体系聚集成颗粒，导致MB荧光强度下降（图1B和C）。当fhex从10%增加到70%时，MBH的荧光增强，但当fhex从80%进一步增加到90%时，MBH的荧光消失。红线是以不同正己烷和DCM混合系统比例聚集的MBH分子的DLS测量结果。DLS测量结果表明，当正己烷和DCM混合体系的比例增加到40%以上时，形成了纳米级聚集体，当正己烷和DCM混合体系的比例增加到80%时，形成纳米级聚集体，达到∼400 nm的流体动力学直径，这与荧光测量的趋势一致（图1F中的黑线）。MBH分子以不同比例的正己烷和二氯甲烷混合物体系聚集成颗粒，导致MBH荧光强度增加（图1E和F），进一步证实了MBH的AIE性质。这些结果表明，通过MB分子中受体的质子化实现了ACQ到AIE的转变。更重要的是，其类似物中普遍存在MB分子受体质子化后的NIR-II荧光发射特性和AIE活性，这为实现ACQ-AIE转化提供了新的策略。
胃液pH值小于1可引起高酸血症（正常胃液呈酸性，pH值为1.5～3.5）。目前有可见和近红外荧光探针可用于检测胃酸的高分泌，但不能用于体内检测。与可见光和NIR-I成像相比，NIR-II荧光成像具有较高的空间分辨率和成像对比度。本研究中进行了一个初步的实验，以评估具有激活NIR-II荧光的刺激响应性MBH探针在体内检测胃酸高分泌。此外，MB无毒，并经FDA批准。如图2所示，当小鼠胃酸分泌正常时，通过灌胃方法给予MB，胃中没有NIR-II荧光信号（图2A–C）。随后，向小鼠胃内注射盐酸，作为胃酸高分泌的动物模型。NIR-II荧光信号在胃内缓慢出现（图2D–F）。当给予小鼠小苏打以中和多余的胃酸时，NIR-II荧光信号消失（图2H）。然而，胃的NIR-I荧光信号几乎没有任何变化，并且在整个操作过程中保持高背景荧光信号，因为作为荧光信号的NIR-I图像具有较短的波长，并且在很大程度上被自体荧光掩盖（图2G）。监测小鼠喂MB后体重的变化，评价其健康状况；结果表明，体重变化不大，说明MB的生物安全性。因此，这些结果表明，具有可激活NIR-II荧光的MBH探针不仅能够提供更好的活体胃成像，而且能够提供高氯酸血症疾病检测的准确性和治疗过程的监测。
参考文献
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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近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS
NIR-II in vivo imaging system
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