温度是生命体中与生理和病理过程密切相关的重要物理量。急性和慢性炎症以及癌症等疾病的发病机制通常伴随着异常的热生成。因此，精确测量体内肿瘤或炎症区域的温度对于病理和生理的研究具有重要意义，有助于准确诊断和治疗。然而，传统的温度测量方法，如使用热电偶或可植入探针的传感器，通常具有侵入性，且需要在检测后移除。非侵入性热成像技术虽然能够测量表面温度，但由于中远红外光在组织中的穿透性差，限制了其在体内成像中的应用。
图1. 相关研究 近年来，基于分子成像的接触式温度计（如荧光温度计）作为非接触式温度测量方法被广泛应用。然而，这些纳米温度计的发射信号大多集中在可见光区域，组织的强吸收和散射影响了其在体内成像的能力。近红外区（NIR-II，950 nm-1700 nm）的荧光成像由于其高分辨率和深层组织穿透性，吸引了更多的体内成像研究兴趣。基于此，来自北京化工大学化学学院宋继彬研究团队提出了一种基于温度激活的近红外-II荧光（NIR-II FL）和表面增强拉曼散射（SERS）纳米探针，用于长期监测体内温度变化和实时评估骨关节炎的状态。研究团队合成了具有温敏聚合物的NIR-II FL染料，并将其接枝到纳米孔金纳米结构的表面，形成了温度响应的纳米探针。该纳米探针包含NIR-II FL和拉曼参考信号，能够独立于温度变化进行比率测量，减少外部因素的影响。该研究于近日以Temperature-Activated Near-Infrared-II Fluorescence and SERS Dynamic-Reversible Probes for Long-Term Assessment of Osteoarthritis In Vivo为题发表于Angewantdte期刊。 主要内容
实验设计 纳米探针的制备：利用高温共沉淀技术制备掺镧系元素的下转换纳米颗粒（DCNPs）。在DCNP表面包覆二氧化硅壳层（SiO2），防止荧光信号的淬灭。使用四羟甲基磷氯化物（THPC）还原法合成金种子，并将其附着在DCNP@Si表面，形成核心-卫星纳米结构。将温敏聚合物pNIPAm-co-AAm-co-PAA-IR-1061接枝到纳米孔金纳米壳上，形成DCNP@Si@AuNSP-PNAP-I纳米探针。 图2. 纳米探针表征 温度响应特性：研究发现，pNIPAm-co-AAm-co-PAA在约33°C时发生可逆的相变，从亲水状态转变为疏水状态，导致IR-1061与Au壳之间的距离发生变化，进而引起FL和SERS信号的可逆转换。 体内温度监测：通过将纳米探针注射到大鼠的关节中，利用NIR-II FL和SERS成像技术，监测关节炎区域与正常关节的温度变化。实验结果表明，纳米探针对炎症关节的温度变化具有高灵敏度和精确性，能够实现炎症的早期诊断和治疗效果的实时评估。 图3. 体内评价 结果与讨论 纳米探针在不同温度下的可逆转换：FL信号在31°C到39°C范围内逐渐减弱，而SERS信号逐渐增强，表明温敏聚合物的相变导致FL和SERS信号的变化。 体内温度监测：实验显示，关节炎区域的温度高于正常关节，通过比率成像技术，能够精确区分炎症关节与正常关节的温度差异。 长期监测与治疗评估：纳米探针在关节炎诱导和治疗过程中，实现了动态温度变化的长期监测，温度变化趋势与炎症因子的变化一致，表明温度可以作为炎症早期诊断和治疗效果评估的指标。 结论 本文开发了一种基于温度激活的NIR-II FL和SERS双模成像纳米探针，能够实现体内温度变化的长期监测和关节炎状态的实时评估。该纳米探针在生理温度范围内响应温度变化，提供了精确的温度成像结果，验证了关节炎区域温度较正常关节升高的现象。研究表明，该纳米探针可以作为炎症或其他发热性疾病的早期监测工具，为早期疾病诊断和治疗效果的实时评估铺平了道路。 原文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202408792
