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仪表网 研发快讯】近日，精密测量院研究团队在双模态分子影像领域取得突破，通过弛豫调控策略开发了一种高灵敏度的19F MRI-FLI双模态造影剂，在微摩尔分子浓度下实现了酸-碱响应性氟-19磁共振-荧光双模态成像(19F MRI-FLI)，为开发兼具高灵敏度和刺激响应性的双模态造影剂提供了新策略。相关研究成果近日发表在化学类综合性期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上。
基于氟化四苯乙烯[5]轮烷的响应性19F MRI-FLI双模态造影剂
双模态成像通过优势互补能为生物医学研究提供更精准、全面的影像信息。例如，FLI适合提供细胞和浅表组织的高灵敏影像，19F MRI适合提供深层组织的量化“热点”影像，而FLI-19F MRI双模态成像能提供从细胞到整体动物的全面精准信息，在疾病的机制与诊断、药物的追踪与疗效监测等领域得到了广泛应用。然而，19F MRI的灵敏度比FLI低1000倍以上，难以实现同一造影分子的双模态成像和精准信息整合。
针对19F MRI灵敏度低的难题，团队巧妙利用轮烷的机械键，高效对称地整合4个氟化冠醚(轮)，构建了由144个磁等价氟原子组成的超强19F MRI信号源；同时，利用轮烷的互锁结构调控氟原子的弛豫时间，实现了信号的快速采集。这些策略有效弥合了轮烷体系中19F MRI与FLI间的灵敏度差异，在微摩尔浓度下实现了双模态成像。此外，四苯乙烯因运动受限触发了聚集诱导荧光(AIE)效应，利用“轮-轴”间pH响应性的氢键生成和断裂，实现了与“轮的驻停-穿梭”同步的FLI增强和削弱。
通过系统对比[5]轮烷形成前后及其“驻停-穿梭”状态的核磁与荧光信号变化和分子动力学计算，研究团队发现[5]轮烷R5F结构中4个氟化冠醚(轮)均以“C”型构象串在四苯乙烯母核(轴)上，此时“轮-轴”间的氢键和位阻效应、苯环间的π-π作用以及含氟基团间的氟碳相作用共同限制了氟原子和四苯乙烯的运动，显著增强了19F MRI和FLI信号，实现了16 μM分子浓度下的快速19F MRI和pH响应性FLI。该研究不仅发展了目前灵敏度最高的19F MRI-FLI双模态造影分子，也为轮烷类分子机器的动力学研究和结构设计提供了全新视角。
[5]轮烷氢键断裂导致的构象变化(a)；
R5F的19F
NMR(b)；轮
WF、[5]轮烷
R5F及
R’5F的19F弛豫时间(T1和T2，c)和对应19F MRI(d)；
R5F的pH响应FLI(e)
该研究成果以“Mechanical Interlocking of 144 Symmetrical19F and Tetraphenylethylene for Magnetic Resonance-Fluorescence Dual Imaging”为题发表在化学类综合性期刊《美国化学会志》上。精密测量院博士生杨兰、博士后王方和副研究员李昱为文章共同第一作者，研究员江中兴和陈世桢为通讯作者。
该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项和中国科学院青年交叉团队项目的资助。
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