主要作者及单位： 本研究由中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的王强斌（通讯作者）团队完成，主要作者包括Chunyan Li、Yejun Zhang等。该研究成果发表于 Biomaterials 期刊第35卷（2014年），页码为393至400。
研究背景： 该研究属于纳米生物医学与活体荧光成像领域。循环系统，包括血管和淋巴引流系统，对生命活动至关重要，并深度参与肿瘤发生和转移等病理过程。因此，对循环系统进行活体实时可视化，对于理解相关生理病理机制、推进临床诊断与治疗具有重大意义。
现有的活体血管与淋巴成像技术，如显微计算机断层扫描（micro-CT）、磁共振成像（MRI）以及核医学技术（正电子发射断层扫描PET、单光子发射计算机断层扫描SPECT），虽然具备无限穿透深度的优势，但存在固有缺陷。CT和MRI常需高剂量造影剂，而PET和SPECT则需使用放射性示踪剂，对患者和操作者均存在风险。此外，这些技术因图像采集和后处理时间较长，难以实现实时动态可视化。相比之下，基于荧光的活体光学成像具有高灵敏度、快速反馈、多重检测及无电离辐射等优势。然而，传统发射波长小于1000纳米的荧光成像剂，由于活体组织对光子的强散射、吸收及内源性自发荧光（autofluorescence）干扰，导致组织穿透深度浅、成像保真度低，极大限制了其临床应用。
近红外第二窗口（NIR-II, 1000-1350 nm）的荧光成像，相较于可见光区（450-700 nm）和传统近红外一区（NIR-I, 700-950 nm），因组织对光子的散射和吸收显著降低，且组织自发荧光极低，可实现更深层、高保真的组织与器官成像。尽管单壁碳纳米管（SWNTs）作为NIR-II荧光探针取得了重大突破，但其量子产率低、尺寸大导致体内清除困难等问题依然存在。因此，本研究旨在探索一种性能更优异的NIR-II荧光纳米探针——硫化银量子点（Ag₂S QDs），用于高时空分辨率、深组织穿透的循环系统动态成像，包括淋巴监测、血流成像及肿瘤诱导的血管新生（angiogenesis）成像。
研究工作流程： 本研究的工作流程主要包含纳米探针的合成与表征、多模式活体荧光成像系统的搭建与应用，以及针对不同生理结构（淋巴系统、血管系统、肿瘤微血管）进行的分步骤成像实验。
第一，聚乙二醇化Ag₂S量子点（PEGylated Ag₂S QDs）的合成与表征。 研究团队首先根据先前报道的方法，在有机相中合成了Ag₂S QDs，并对其进行了聚乙二醇（PEG）化修饰，以赋予其良好的水溶性和生物相容性。通过透射电子显微镜（TEM）表征，所合成的纳米颗粒呈单分散状态，平均直径为5.6纳米。该量子点的量子产率高达约16%，其发射峰位于1200纳米，并展现出典型的宽带吸收特性。为验证其在生理条件下的稳定性和成像优势，研究人员进行了多项测试： 1. 稳定性测试： PEG化的Ag₂S QDs在磷酸盐缓冲液（PBS）、胎牛血清（FBS）和细胞培养基（RPMI 1640）等多种缓冲液中均表现出高胶体稳定性。在光漂白实验中，即使经过120分钟808纳米激光（功率密度123.8 mW/cm²）的持续照射，Ag₂S QDs仍能保持约70%的初始NIR-II荧光强度，而对照组的NIR-I小分子染料吲哚菁绿（ICG，发射峰835纳米）则表现出极差的光稳定性。 2. 组织穿透能力评估： 研究采用标准组织模拟模型，将含有Ag₂S QDs或ICG的毛细管浸入不同浓度的英脱利匹特（Intralipid）溶液中。结果显示，随着散射介质浓度增加，NIR-II成像的Ag₂S QDs依然能维持比ICG更高的图像保真度和完整性，定量分析证实其组织穿透深度超过1.1厘米。这些表征结果证明了Ag₂S QDs作为一种高亮度、高光稳定性、低组织散射的NIR-II荧光探针，具备深组织成像的巨大潜力。
第二，活体淋巴系统成像。 研究人员将PEG化的Ag₂S QDs（浓度1 mg/ml, 50 µl）通过皮下注射到裸鼠（样本量n=3）的足垫中。成像系统采用808纳米激发光（功率密度45 mW/cm²），并使用配备880纳米和1100纳米长通滤光片的铟镓砷（InGaAs）CCD相机进行NIR-II荧光信号采集。 注射后数分钟内，Ag₂S QDs便进入淋巴管并迁移至腘窝和腰部的淋巴结（lymph nodes）。成像结果清晰地识别出了从注射部位发散并汇聚到前哨淋巴结（Sentinel Lymph Node, SLN）的淋巴管。通过在同一部位注射淋巴示踪剂亚甲蓝（methylene blue, MB），其分布与Ag₂S QDs的荧光完美共定位，并通过组织学分析得到确认。为对比NIR-I与NIR-II的成像效果，研究者在同一只小鼠的左右足垫分别注射ICG和Ag₂S QDs，结果表明，Ag₂S QDs显示的淋巴结和淋巴管解剖结构远比ICG清晰，这得益于NIR-II窗口更低的光子散射和吸收。在NIR-II荧光引导下，研究人员成功精准摘除了直径约为950微米的淋巴结和约100微米的淋巴管。
第三，活体血池成像。 研究通过向小鼠尾静脉注射200 µl的PEG化Ag₂S QDs（1 mg/ml），评估其作为血管造影探针的可行性。注射后几分钟内，小鼠的全身血管网络就被清晰可视化。研究人员采用视频速率成像，在注射后即刻连续追踪QDs的体内循环过程，观察到了其从心脏回流、进入肺循环再到被泵送至全身的动态过程。此外，研究利用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）对注射后最初15秒（共300帧）的荧光成像时间序列进行动态对比增强处理，成功精确描绘并识别出心脏、肺、肝、脾和肾等深层器官。 与在体内被肝脏快速清除的ICG相比，PEG化的Ag₂S QDs展现出良好的血液半衰期（blood circulation half-time），长达4.1小时，其在体内的荧光信号能保持明亮并定位超9小时。在无需变焦镜头的情况下，成像系统即可清晰分辨直径小至约102微米的微小血管，展现了极高的空间分辨率。
第四，活体肿瘤血管新生成像。 肿瘤的生长和转移依赖于从原有血管系统中生成新的血管，这一过程即血管新生。研究团队通过建立4T1乳腺癌荷瘤裸鼠模型，在肿瘤移植后的第5、8、15和21天，于尾静脉注射Ag₂S QDs（1 mg/ml, 200 µl）后30分钟进行活体荧光成像，以动态追踪肿瘤血管新生过程。结果显示，在肿瘤早期阶段，荧光信号主要在肿瘤外围增加；到第15天，能清晰辨识为供养肿瘤而募集的血管结构；至第21天，肿瘤周围形成了大量不规则分支的肿瘤血管，呈现出典型的肿瘤血管特征。为进一步验证其超高分辨率成像能力，研究人员对一个直径约2-3毫米的更小的人胶质母细胞瘤（U87MG）进行了观察，利用变焦镜头，成功地在活体内清晰分辨出直径约为43微米的肿瘤微血管，实现了对微小肿瘤介导的血管新生的超精细追踪。
研究结论与价值： 本研究的结论清晰地表明，NIR-II荧光Ag₂S量子点能够实现对循环系统——包括淋巴引流、血管网络和血管新生的非侵入性、动态可视化，并可能在循环系统相关疾病的诊断和治疗中发挥重要作用。其科学价值和应用价值主要体现在以下三个方面： 1. 前哨淋巴结活检的术中导航： 相比传统NIR-I探针，NIR-II Ag₂S QDs具有更高的组织穿透深度和分辨率，可为外科医生在前哨淋巴结精准清扫手术中提供更准确、更直接的视觉引导，最大限度地减少切口与分离的不准确性。 2. 组织与器官血供评估： 在组织或器官移植后，快速评估血供恢复情况是移植成功的关键。拥有适宜血液半衰期（约4.1小时）的PEG化Ag₂S QDs，能在血流中保持高强度荧光长达9小时以上，这为移植后血管结构和血液动力学的直接观察与评估提供了一种有前景的新方法，避免了CT、MR灌注成像需要持续注射高剂量造影剂的局限。 3. 抗血管新生药物的筛选与评估： 肿瘤的生长依赖于血管新生。这项活体NIR-II成像技术，提供了一种非侵入性的方法，可动态监测肿瘤微血管密度和分支模式，从而用于筛选和评估抗血管新生药物。这规避了传统基于抗体的组织学方法需要获取组织标本的局限性。
研究亮点： 1. 新型纳米探针的应用突破： 本研究首次系统性展示了Ag₂S量子点作为一种不含毒性离子、高光稳定性、长循环时间的NIR-II荧光探针，在活体循环系统多功能成像（淋巴、血流、血管新生）中的巨大应用潜力。 2. 超高的时空分辨率成像： 研究实现了约40微米的超高空间分辨率，能够在活体内成功捕捉到由微小肿瘤（直径2-3毫米）诱导的血管新生的精细血管结构，这一成像精度对于肿瘤的早期检测和治疗评估至关重要。 3. 多模态、全流程的活体成像验证： 研究设计缜密，从探针的理化表征、组织模拟，到针对淋巴、血管、肿瘤等多层次生物结构的活体动态成像，并与传统ICG、CdSe@ZnS量子点进行系统对比，全面有力地论证了Ag₂S QDs在NIR-II窗口中成像的显著优势及其临床转化潜力。 4. 临床应用的切实前景： 研究不仅关注基础科学发现，更明确指出了其在SLN清扫、器官移植评估、抗血管药物筛选等具体临床场景中的直接应用价值，并基于前期生物相容性研究，为推动其进入临床前研究奠定了基础。