脑科学被认为是人类认知领域的“黑洞”，人类对于大脑运作及其功能的理解还是沧海一粟，阿尔茨海默病、帕金森病、脑中风和脑瘤等脑部重大疾病也仍困扰着我们，各类脑疾病的医疗负担占全国首位。因此，研发针对脑疾病诊断、治疗的新技术、新方法，理解脑疾病的发病机理，是脑科学研究的主要目标之一。

第二近红外区域荧光成像技术因具有非侵入性、可视化、高时空分辨率、高穿透深度等特点，成为生物成像领域最有吸引力的方向之一，也为脑科学研究提供了独特的解决方案。基于上述背景，刘志洪教授和李贞副教授课题组在脑科学近红外二区成像领域开展了系统研究，并连续取得进展。

稀土纳米颗粒（RENPs）是一类稀土离子掺杂的荧光纳米材料，能够在近红外光激发下发射出位于第二近红外区的荧光。且其具有长荧光寿命、窄发射谱带、高光/化学稳定性、低毒性和可调谐荧光发射波长等优势，有望在生物分析和疾病诊断等领域发挥重要作用。该课题组发展了一种染料敏化RENPs的复合材料，得益于该材料优异的发光性能，成功实现了非侵入性、高分辨率脑血管成像，清晰观察到脑血管网络结构及细小的毛细血管结构，并可实时监测生理过程中血液动力学及血管结构的变化。相关研究成果“Dye-Sensitized Rare Earth-Doped Nanoparticles with Boosted NIR-IIb Emission for Dynamic Imaging of Vascular Network-Related Disorders”发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（IF: 9.229）。

图1 RENPs应用于近红外二区脑血管成像。

缺血性脑卒中（Ischemic Stroke, IS）是导致长期残疾以及死亡的主要原因之一，是亟待解决的公共健康问题。该疾病的严重程度具有时间依赖性。因此，及时评估IS对于该疾病的治疗以及预后起着至关重要的作用。该课题组设计并构建了一种可有效富集在脑缺血病灶位点的比率型近红外二区纳米探针，可视化氧化应激水平用于及时评估IS。利用近红外二区成像的优势，该探针具有深层的脑组织穿透深度；基于目标物调控染料敏化RENPs发光的原理，该探针对高活性氧物种呈现优异的响应性能。综合以上功能，该探针通过可视化探针在病灶位点的富集程度以及氧化应激水平，在IS发生30min时即可对其进行监测，并评估其严重程度（传统磁共振成像则在IS发生24h才可观察到显著的信号变化）。相关研究成果“Visualizing Oxidative Stress Level for Timely Assessment of Ischemic Stroke via a Ratiometric Near-Infrared-II Luminescent Nanoprobe”发表在ACS Nano上（IF: 15.881）。

图2 比率型近红外二区纳米探针监测脑卒中示意图。

结合课题组近年来在脑部光学探针研究领域的持续积累，近日该团队撰写了可应用于脑疾病成像的激活型荧光探针综述。该综述聚焦发展具有血脑屏障穿透能力的激活型荧光探针，及其在多种脑疾病如脑血管疾病、神经退行性疾病、脑肿瘤等中的成像应用，系统阐述了针对小分子探针及纳米探针的血脑屏障穿透策略及探针激活策略，并对该领域现有问题及后续发展进行了较为全面的总结与展望。该综述文章“Activatable luminescent probes for imaging brain diseases”近期发表在Nano Today上（IF: 20.722）。

图3 应用于脑疾病成像的激活型荧光探针示意图。

以上工作均以湖北大学为第一作者或通讯作者单位，刘志洪、李贞为共同通讯作者。

（审稿：张修华）