1700 nm激发二亚胺鎓光声纳米试剂用于深组织成像

关键词：光声成像；NIR-IIb；二亚胺鎓

光声成像兼具光学高对比度与超声高分辨率，可无创可视化深层组织，受制于第二近红外（NIR-II）窗口造影剂不足，1500–1700 nm 的 NIR-IIb 几乎空白。该研究设计了基于二亚胺鎓（DB）的双阳离子纳米试剂，用于 1700 nm 激发光声成像。计算与单晶分析表明，双阳离子 DB²⁺激发能降至 1.24 eV、振子强度增至 1.11，分子间间距超 5.0 Å，优化非辐射跃迁。体内多模型验证其信噪比更高、干扰更小且毒性低，首次建立 1700 nm 可激发光声成像纳米试剂。

由 Longcai Liu、Yang Chen、Liya Yu、Xiaozhou Mou、Guangxue Feng 与 Yu Cai 完成，以 "Short Wavelength Infrared Diimmonium Nano-Agents for Photoacoustic Imaging" 为题，于 2026 年 10 月 12 日在线发表于 Nature Communications。

重要发现

01双阳离子化：分子工程打开NIR-IIb吸收窗口
二亚胺鎓（DB）分子经一步配位反应与多种盐类化合物结合得到 DB-2X 配合物。密度泛函理论（DFT）计算表明，三种配合物的最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）均离域于整个分子骨架，能隙统一为 0.95 eV。当 DB 与配体配位形成双阳离子 DB²⁺后，电子结构重构：中性 DB 的 HOMO 失去电子转变为 DB²⁺的 LUMO，原 HOMO-1 轨道升为 DB²⁺的 HOMO。计算显示，DB²⁺的 S₀→S₁激发能为 1.24 eV（对应 1002 nm），远低于中性 DB 的 3.83 eV（324 nm）；振子强度由 0.0229 增强至 1.11，能隙由 3.79 eV 收窄至 0.94 eV。S₁态主要由 HOMO→LUMO 局域激发构成，吸收显著增强，吸收窗口由此拓展至 NIR-IIb 区域。

面向 NIR‑IIb 光声成像的 DB・2X 纳米试剂设计思路

02阴离子工程：超长分子间距离优化非辐射跃迁

作者获得三种配合物的单晶并开展单晶X 射线衍射分析。结果显示，阴离子体积越大（BF₄⁻

03纳米试剂构建与体外光声性能验证

纳米沉淀法可将无序分子组装为有序堆积的纳米颗粒，分子间自由空间抑制辐射跃迁；聚乙二醇（PEG）修饰增强了纳米试剂在水中的分散性与稳定性。透射电镜与动态光散射显示，三种纳米颗粒粒径分别约 100、40 与 200 nm，表面带负电，长期稳定。吸收光谱显示，三种配合物在 750–1600 nm 范围具良好近红外吸收，1100 nm 处呈强吸收峰，制成纳米颗粒后吸收延伸至 1700 nm 以上。光热测试中，1064 nm 与 1550 nm 激光照射下，浓度达 200 μg/mL 时温度超 50 ℃，五次加热 / 冷却循环后无衰减。体外光声成像中，1700 nm 激发下 DB-2TFSI 与 DB-2BOB 呈现明亮信号，DB-2BF₄信号微弱；信号随浓度升高而增强，0.125 mM 时 DB-2TFSI 仍保持较强信号。

DB・2X 纳米颗粒的表征与体外光声性能

04体内成像验证与生物相容性评估

安全性评估先行：纳米试剂对HUVEC 人脐静脉内皮细胞与 L929 小鼠成纤维细胞几乎无毒性；SD 大鼠尾静脉注射后各主要脏器未见毒性改变；小鼠第 7、14、21 天血常规、肝肾功能指标均正常。成像选用子宫粘连与皮下肿瘤两种模型。子宫粘连模型中，小鼠阴道给予 DB-2TFSI 纳米试剂（1 mM，200 μL）后，1700 nm 脉冲激发的分辨率与对比度明显优于 1064 nm，后者受水与血红蛋白干扰；子宫周围 5 条血管信号强度较 1064 nm 增强 1.68 至 14.96 倍；肾脏区域 1700 nm 激发信噪比 39.36、半高全宽 0.75，优于 1064 nm（23.76、1.00）。皮下肿瘤模型中，给药前 1700 nm 激发几乎无背景信号，1064 nm 则因血红蛋白与骨骼吸收致背景明显；注射后肿瘤信号随时间增强，10 小时后渐弱。注射 6 小时时，1700 nm 激发下肿瘤内两条血管信号强度 84.89 与 103.18，背景仅 1.42，信噪比 58.62 与 71.45，较 1064 nm 的 20.46 与 8.59 分别提升 2.87 倍与 8.32 倍。

宫腔粘连模型中的体内NIR-IIb PAI

皮下肿瘤的体内NIR-IIb PAI

创新与亮点
该研究突破的核心难题，是现有近红外造影剂激发波长多局限于1064 nm，传统扩展共轭、增强给受体作用等策略难以将吸收推进至 1500–1700 nm，NIR-IIb 窗口长期空白。创新体现在三方面：首次建立 1700 nm 可激发光声成像纳米试剂，填补 NIR-IIb 光声造影剂空白；提出阴离子导向电荷转移诱导电子重构的分子设计范式，以对称允许的局域激发将激发能由 3.83 eV 降至 1.24 eV、振子强度由 0.0229 提升至 1.11；以阴离子工程将分子间 π-π 距离拉大至 5.0 Å 以上，减少电子耦合、强化非辐射跃迁。应用价值上，1700 nm 光子散射弱，水与血红蛋白等内源性发色团干扰小，契合肿瘤边缘勾画、术中导航等需抑制背景、分辨精细血管的场景，为深组织高信噪比成像提供新工具。

总结与展望
综上，该研究以双阳离子化分子工程与阴离子工程协同，开发出首类1700 nm 激发的二亚胺鎓光声纳米试剂：激发能降低、振子强度增强、非辐射跃迁优化，在子宫粘连、肾脏与肿瘤模型中实现高信噪比低背景体内成像，生物相容性良好。展望未来，该设计范式可为 NIR-IIb 有机光声造影剂提供普适模板，拓展至更多疾病模型，并与多模态成像、光热治疗结合，推动光声成像迈向临床转化。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Liu, L., Chen, Y., Yu, L. et al. Short Wavelength Infrared Diimmonium Nano-Agents for Photoacoustic Imaging. Nat Commun (2026). 

doi:https://doi.org/10.1038/s41467-026-78613-7