近红外二区成像窗口（NIR-II，1000-1700 nm）的发现为非侵入性光学活体成像在生物医学研究和临床应用创造了绝佳的机会。另外，近年新兴的生物透明NIR-IIa/IIb 区（NIR-IIa，1300-1400 nm；NIR-IIb，1500 -1700 nm)因具接近零的组织自发荧光和更深的组织穿透在近年引起了广泛的研究兴趣，被认为能够推动光学生物成像的临床转化。然而，荧光团的设计仍然面临发射波长，量子效率，生物相容性与药代动力学特性等关键性问题

基于此，近日，病毒学国家重点实验室，武汉大学/西藏大学洪学传/肖玉玲教授课题组、韩国高丽大学Jong Seung Kim教授以及成都中医药大学孟宪丽教授在《Chemical Reviews》期刊上发表题为“Versatile Types of Inorganic/Organic NIR-IIa/IIb Fluorophores: From Strategic Design toward Molecular Imaging and Theranostics”的综述文章（DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00553， IF = 60.622）。该篇综述系统介绍了NIR-IIa/IIb荧光团设计与制备策略，为深度更深，分辨率更高的光学生物成像与可视化治疗的临床转化提供重要思路。详细总结了关于单壁碳纳米管 (SWCNT)、量子点 (QD)、稀土掺杂纳米粒子(RENP)、有机荧光团(OF)的设计、特性、分子成像和治疗诊断的前沿工作，以及最新的功能性NIR-IIa/IIb生物材料的设计理念。随后概述了这些卓越的荧光特性带来的这种新颖的成像方式和多功能的生物医学应用。最后，强调了未来临床转化的挑战和前景，旨在推动NIR-IIa 和 NIR-IIb成像技术于基础研究与临床实践应用。武汉大学/西藏大学博士生刘奕伸和李扬，韩国高丽大学Seyoung Koo,华中师范大学孙耀教授，武汉大学/西藏大学刘星教授，西藏大学刘怡萱教授为该论文的主要共同第一作者，病毒学国家重点实验室为第一单位。

图1. NIR IIa/IIb成像发展的时间线。这一时间线包括第一次使用QDs进行生物医学成像；使用SWCNTs进行NIR-II成像；使用QDs进行NIR-II成像；使用Ag₂S QDs进行NIR-II肿瘤成像；可调谐光谱的近红外量子点；使用有机聚合物进行NIR-II成像；使用SWCNTs进行NIR IIa脑成像；能用于NIR-II成像的小分子染料；使用SWCNTs进行NIR-IIb成像；RENPs的NIR-IIb成像；使用分子-蛋白质复合物CH-4T进行NIR-II成像；1064 nm激光激发的NIR-IIa成像；具有J-聚集的有机荧光团的NIR-IIb成像；AIE有机荧光团的NIR IIb成像；有机聚合物用于NIR-IIa成像引导的光热治疗。

图2. 能用于NIR-IIa/IIb成像的有机荧光团、单壁碳纳米管、量子点和稀土掺杂纳米颗粒的合成策略和修饰方法。

图3. 人工智能技术（AI）用于NIR-IIa/IIb成像。（a）使用荧光团p-FE和P3-QDs的Balb/c小鼠的活体荧光成像图。通过生成器GA进行NIR-IIa成像以获得对比度增强图像。比例尺=5毫米。使用ICG和QDs的Balb/c小鼠荧光成像像，以及U-Net发生器获取的图像。比例尺=1厘米。横截面强度分布图显示NIR-IIa、NIR-IIb和AI生成图像中的同一血管。比例尺=1厘米。（b）基于Pix2pix的NIR-IIa到NIR-IIb的光片显微镜的图像处理。从训练集中选择NIR-IIb和NIR-IIa的光片显微镜下的图像。由发生器GA执行NIR IIa图像以获取AI生成的NIR IIb图像。将真实或AI生成的NIR IIb荧光图像与真实NIR IIa荧光图像连接起来，作为鉴别器的输入。

图4. NIR IIa/IIb成像的多种生物医学应用。NIR IIa/IIb荧光成像能够从宏观组织成像到微观分子成像的提供全面的信息。除诊断外，NIR IIa/IIb荧光成像在治疗中也起着重要作用，荧光团广泛用于可视化光疗和成像引导的手术导航。

图5. 概述了有机和无机荧光团面临的主要问题，以及提高成像性能和生物相容性的相应策略。

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https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00553