作者单位
摘要
厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心,福建 厦门 361104
荧光碳量子点作为一种特殊的量子点,具有卓越的荧光性能以及可调控的表面化学性质,在生物成像、疾病诊断和治疗等生物医药领域中备受瞩目。基于近期的文献报道,详细介绍和总结了碳点在医药领域中的应用及其相关机制和特性。概述了碳点在生物医药应用中所面临的挑战,并提出了潜在的解决方案。最后,对未来的研究方向提出了建议,以期进一步拓展碳点在生物医药领域中的应用范围,为医学领域的创新和发展提供理论依据。
生物光学 碳量子点 生物成像 疾病诊断 疾病治疗 
中国激光
2024, 51(3): 0307301
作者单位
摘要
1 厦门大学 分子疫苗学与分子诊断学国家重点实验室,分子影像暨转化医学研究中心,福建 厦门 361102
2 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室,信息材料与纳米技术研究院,江苏 南京 210023
基于光子反射、散射和自发荧光的减弱,近红外二区窗口能够实现高分辨率和信噪比的生物荧光成像,在各种生物医学应用中发挥着重要作用。构建供体⁃受体⁃供体结构是设计近红外二区有机小分子的有效方法,基于苯并噻二唑结构的近红外二区有机小分子不仅能够实现光学成像,还能利用光激活的激发态能量转换实现光学治疗。本文总结了基于苯并双噻二唑(Benzobisthiadiazole,BBT)和[1,2,5]噻二唑[3,4‑g]喹喔啉([1,2,5]thiadiazolo[3,4⁃g]quinoxaline,TQ)结构的近红外二区有机小分子在生物成像和成像引导的治疗中的研究进展,并对未来近红外二区有机小分子的设计和应用进行了展望。
近红外二区 苯并噻二唑 生物成像 光学治疗 NIR-Ⅱ benzothiadiazole bioimaging phototherapeutics 
发光学报
2023, 44(9): 1667
Tao Shao 1Xianning Xu 1Lan Wang 2Yu Shen 1[ ... ]Lin Li 1,2,4,***
Author Affiliations
Abstract
1 Frontiers Science Center for Flexible Electronics, Xi’an Institute of Flexible Electronics (IFE) and Xi’an Institute of Biomedical Materials & Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, P. R. China
2 Key Laboratory of Flexible Electronics (KLOFE) & Institute of Advanced Materials (IAM), Nanjing Tech University (NanjingTech), Nanjing 211816, P. R. China
3 Department of Outpatient, PLA Rocket Force Characteristic Medical Center, Beijing 100088, P. R. China
4 The Institute of Flexible Electronics (IFE, Future Technologies), Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian, P. R. China
Peroxynitrite (ONOO) contributes to oxidative stress and neurodegeneration in Parkinson’s disease (PD). Developing a peroxynitrite probe would enable in situ visualization of the overwhelming ONOO flux and understanding of the ONOO stress-induced neuropathology of PD. Herein, a novel α-ketoamide-based fluorogenic probe (DFlu) was designed for ONOO monitoring in multiple PD models. The results demonstrated thatDFlu exhibits a fluorescence turn-on response to ONOO with high specificity and sensitivity. The efficacy ofDFlu for intracellular ONOO imaging was demonstrated systematically. The results showed thatDFlu can successfully visualize endogenous and exogenous ONOO in cells derived from chemical and biochemical routes. More importantly, the two-photon excitation ability ofDFlu has been well demonstrated by monitoring exogenous/endogenous ONOO production and scavenging in live zebrafish PD models. This work provides a reliable and promising α-ketoamide-based optical tool for identifying variations of ONOO in PD models.
α-Ketoamide two-photon fluorogenic probe bioimaging peroxynitrite Parkinson’s disease 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(4): 2250039
作者单位
摘要
山西大同大学化学与化工学院, 化学生物传感山西省重点实验室, 山西 大同 037009
硫化氢(H2S)是一种具有臭鸡蛋气味的无色气体, 其不但存在于外界环境中, 而且是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后生物系统中第三种重要的内源性气体信号分子, 近年来因其对人类健康和疾病的影响而越来越受关注。 H2S可以作为抗氧化剂清除人体内的活性氧(ROS)和活性氮(RNS), 参与多种细胞的生理反应, 包括细胞凋亡、 血管舒张、 神经调节等, 是多种组织中的细胞保护剂和气体传递剂。 现代医学研究已证实硫化氢含量与糖尿病、 阿尔茨海默病、 帕金森病等特定疾病密切相关, 但人们尚不清楚H2S影响细胞信号传导和其他生理事件的具体分子机制, 因此开发用于可视化内源性H2S的方法、 研究其在细胞和生物体中的动态分布将具有非常重要的意义。 目前检测H2S浓度的近红外(NIR)荧光探针是一个研究的热点, 这是因为在生物样本分析时近红外荧光探针具有许多显著的优点: 光损伤更小、 能穿透更深的组织、 背景自荧光干扰低。 在分子水平上, H2S表现出独特的化学特性, 既是良好的还原剂, 又是良好的亲核试剂, 用于H2S选择性检测的近红外荧光探针设计策略主要包括叠氮化物和硝基的还原、 亲核进攻、 加成反应等。 该文章综述了近三年近红外H2S荧光探针的设计合成、 识别机理、 探针的性能及其在细胞或生物体中的荧光成像研究与最新进展, 最后, 对该类探针的未来研究方向和发展趋势进行了展望。
近红外 硫化氢 荧光探针 识别机理与性能 生物成像 研究进展 Near-infrared Hydrogen sulfide Fluorescent probe Recognition mechanism and performance Bioimaging Research progress 
光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3321
作者单位
摘要
上海理工大学 材料与化学学院,上海 200093
近年来,光学成像与检测技术越来越多的应用于生物医学领域,其具有高检测灵敏度、生物安全性好以及非侵入性等众多优异的特点。该技术的发展得益于荧光物质(如染料、荧光蛋白)的光学特性和光学成像设备的发展。与传统下转换光学成像方式相比,上转换光学成像具有反斯托克斯位移发光特性。该光学成像方式在生物医学领域中展现出较好的应用前景,其成像方式较好地避免了下转换发光的一些弊端,如近红外光激发可增加光对组织的穿透深度、可避免生物体自发荧光和对组织损伤较小等。正因为上转换光学成像方式的特殊性,有必要对其进行介绍并综述近期在生物医学领域中的应用,包括成像检测与疾病治疗。这对于合理使用上转换发光技术和合理设计上转换发光材料具有指导意义。
生物成像 上转换发光 肿瘤诊疗一体化 反斯托克斯位移 bioimaging upconversion luminescence tumor diagnosis and treatment anti-Stokes 
光学仪器
2022, 44(5): 84
作者单位
摘要
南京工业大学先进材料研究院,江苏 南京 211816

近红外二区(NIR-Ⅱ,1000~1700 nm)荧光成像(FLI)可以克服组织强吸收、高散射和自体荧光等问题,显著改善成像时空分辨率、信噪比和穿透深度,在重大疾病诊疗领域发挥着重要作用。在众多NIR-Ⅱ荧光材料中,有机小分子因其生物相容性好、体内代谢快和生物安全性高等优点而呈现出巨大的临床转化潜力。目前,大多数NIR-Ⅱ小分子为“always on”型,对病灶的检测缺乏精确度,导致诊断结果的不确定。激活型NIR-Ⅱ小分子可在特定的生物标志物激活下产生特异性荧光信号,从而极大地提升检测的精准性和可靠性。系统总结了近年来用于生物成像的激活型NIR-Ⅱ小分子,重点关注其分子结构设计策略及其生物成像性能。此外,对当前存在的问题、挑战和未来的发展方向进行了讨论。

生物成像 近红外二区荧光成像 有机小分子 激活 
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617010
作者单位
摘要
1 太原科技大学 应用科学学院, 山西 太原 030024
2 福建师范大学物理与能源学院 福建省量子调控与新能源材料重点实验室, 福建 福州 350117
3 山西医科大学 口腔医学院, 山西 太原 030051
碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料, 由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质, 在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点, 设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研, 综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用, 并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。
pH响应型碳点 荧光机制 pH传感 生物成像 癌症治疗 pH-responsive carbon dots fluorescence mechanism pH sensing bioimaging cancer treatment 
发光学报
2022, 43(1): 137
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Molecular and Neuro Imaging, Ministry of Education School of Life Science and Technology, Xidian University, Xi'an, Shanxi 710071, P. R. China
Early diagnosis and fast detection with a high accuracy rate of lung cancer are important to improve the treatment effect. In this research, an early fast diagnosis and in vivo imaging method for lung adenocarcinoma are proposed by collecting the spectral data from normal and patients' cells/tissues, such as Fourier infrared spectroscopy (FTIR), UV-vis absorbance, and fluorescence spectra using anthocyanin. The FTIR spectra of human normal lung epithelial cells (BEAS-2B cells) and human lung adenocarcinoma cells (A549 cells) were collected. After the data is cleaned, a feature selection algorithm is used to select important wavelengths, and then, the classification models of support vector machine (SVM) and the grid search method are used to select the optimal model parameters (accuracy: 96.89% on the training set and 88.57% on the test set). The optimal model is used to classify all samples, and the accuracy is 94.37%. Moreover, the anthocyanin was prepared and used for the intracellular absorbance and fluorescence, and the optimized algorithm was used for classification (accuracy: 91.38% on the training set and 80.77% on the test set). Most importantly, the in vivo cancer imaging can be performed using anthocyanin. The results show that there are differences between lung adenocarcinoma and normal lung tissues at the molecular level, reflecting the accuracy, intuitiveness, and feasibility of this algorithm-assistant anthocyanin imaging in lung cancer diagnosis, thus showing the potential to become an accurate and effective technical means for basic research and clinical diagnosis.
Early diagnosis and bioimaging spectra machine learning. 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2022, 15(2): 2250011
作者单位
摘要
暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 511443
光学微透镜在光学成像、信号探测、生物传感等方面有重要的应用。针对现有固体微透镜难以变焦和生物不兼容的问题,提出将细胞内的叶绿体作为天然的微透镜,并研究了叶绿体微透镜的聚焦特性及其在光学成像和信号探测中的应用。研究结果表明,叶绿体微透镜对不同波长的入射光能产生聚焦效应。借助光镊产生的光力可实现叶绿体形状的可控变化,进而可实现对叶绿体微透镜焦距的调节,调节范围为15~45 μm。由于叶绿体微透镜具有光束聚焦特性,故其能够应用到亚波长结构的成像和荧光信号的增强中。在实验中,叶绿体微透镜实现了对线宽为200 nm的光栅结构和细胞内部肌动蛋白丝的光学成像,以及对量子点荧光信号的探测和增强。
成像系统 微透镜 光镊 生物成像 光学探测 叶绿体 
光学学报
2022, 42(4): 0411003
作者单位
摘要
北京工业大学化学与生物系 绿色催化与分离北京市重点实验室 环境安全与生物效应中心, 北京 100124
红光/近红外发射碳点(简称R/NIR-CDs)具有生物相容性好、空间分辨率高等优势, 受到了研究者们的广泛关注。但目前报道的红光碳点往往存在荧光量子效率低、半峰宽较宽且具有激发波长依赖的缺陷, 限制了其在生物医学领域的应用。因此, 合成制备高荧光量子产率(PLQY)、半峰宽窄且激发非依赖的红光/近红外发射碳点具有十分重要的意义。本文首先阐述了近年来几种具有代表性的典型前驱体及其合成碳点, 总结了尺寸效应、杂原子掺杂、表面态等高效的碳点光学调控理论, 并简要介绍了红光/近红外发射碳点在生物成像、疾病治疗及白光发光二极管中的应用现状。最后, 针对红光/近红外发射碳点的发光机理、制备方法中面临的问题与挑战进行了展望。
碳点 红光/近红外发射 光学调控 生物成像 carbon dots red/NIR emission optical control bioimaging LED LED 
发光学报
2021, 42(12): 1837

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