8174_8349碳纳米管 (CNT)，并利用这种方法合成的氧化碳纳米管，我们开发了一种具有良好生物渗透性的方法第二近红外 (NIR-II) 区域发出的近红外光荧光成像探头
已知碳纳米管会发出荧光，但近年来，将臭氧水与碳纳米管分离分散的水混合，并照射光以增强荧光荧光量子产率氧化碳纳米管已有报道。这些氧化的碳纳米管可以被具有高度生物渗透性的近红外光激发，并在NIR-II区域发光。然而，存在无法合成大量氧化碳纳米管等问题。
这次，我们开发了一种通过使用紫外线照射产生的臭氧氧化CNT薄膜几分钟来合成氧化CNT的方法。与传统方法需要几个小时的反应时间相比，该方法可以在更短的时间内合成大量氧化碳纳米管。合成的氧化碳纳米管在近红外光激发下在NIR-II区域发射荧光，因此可以用作近红外荧光成像探针。合成的氧化CNT的表面磷脂聚乙二醇 (PLPEG)，使其分散在水中，并将其用作体内成像探针，以高亮度对小鼠血管进行长时间成像。另外，免疫球蛋白 G (IgG)涂有改性 PLPEG (IgG-PLPEG)免疫沉淀 (IP)通过反应目标方向性的可能性。
此结果于2018年4月19日（英国时间）公布科学报告
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| 氧化碳纳米管荧光与小鼠血管造影概念图 |
在生物科学中，荧光成像已成为重要的研究工具。近年来，为了获得更高灵敏度和更低噪声的荧光图像，人们积极开发在近红外区域发光的荧光成像探针。迄今为止，已开发出主要在波长约为700至900 nm的近红外区域发光的荧光成像探针，但在具有较长波长（1000至1400 nm左右）的NIR-II区域，可以进一步减少生物分子和水的吸收以及光散射的影响，因此期望在NIR-II区域开发具有足够亮度和生物相容性的新型荧光成像探针。
一些碳纳米管在 NIR-II 区域发射荧光，具体取决于直径大小和石墨层的包裹方式。此外，迄今为止，碳纳米管的安全性评估尚未证实明确的急性毒性，这使得它们成为近红外-II区域体内成像探针的有希望的候选者。此外，据报道，当CNT被氧化时，它们可以被近红外光激发，但传统方法存在诸如无法一次合成大量氧化CNT等问题，因此需要一种简单的氧化CNT的方法。
10422_10576体内我们开发了一种荧光成像系统，并一直致力于开发在 NIR-II 区域使用荧光的小鼠成像应用。目前市场上的荧光成像探针已被证实具有毒性，因此需要开发一种新的无毒或低毒的荧光成像探针。
因此，双方一直在联合研究，利用氧化碳纳米管开发在NIR-II区域具有更高亮度的体内成像探针。
这项研究和开发得到了岛津制作所和日本学术振兴会科学研究补助金（2014 财年）的支持，用于挑战“氧化碳纳米管近红外荧光探针”的探索性研究。
这次，我们开发了一种合成氧化碳纳米管的方法，通过使用市售的紫外线臭氧清洁器对碳纳米管薄膜进行几分钟的臭氧氧化处理，该清洁器通过紫外线照射产生臭氧。该方法中，臭氧和CNT在非常温和的条件下发生反应，因此不会发生荧光猝灭，并且可以有效地氧化CNT表面。另外，与使用CNT分散液进行数小时以上的氧化反应的现有方法相比，具有能够简单且短时间内进行氧化处理的优点。此外，不需要复杂的合成设备。手性指数(6, 5)为主要成分的单壁碳纳米管样品在氧化反应前后的荧光光谱。反应前，(6, 5) CNT在980 nm处有一个荧光峰，但由于氧化，980 nm处的荧光强度下降，在1280 nm处出现了新的峰。从荧光能量的变化量来看，1280 nm处的荧光是由于氧引起的环氧化物键合的氧化碳纳米管。类型。由于 1280 nm 即使在 NIR-II 区域也具有特别好的生物渗透性，因此使用新开发的方法合成的氧化碳纳米管被认为有望作为荧光成像探针。
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| 图1 未反应的CNT（左）和氧化的CNT（右）的荧光光谱比较 |
通过用PLPEG涂覆使用该方法合成的氧化CNT的表面，制备了近红外荧光成像探针（氧化CNT近红外荧光成像探针）。将其作为血管造影剂通过小鼠尾静脉给药，并用波长为980 nm的近红外光激发，检测到波长为1150至1400 nm的近红外光，并获得近红外体内成像图像（图2（a））。由于氧化CNT近红外荧光成像探针到达毛细血管，因此可以观察小鼠的全身，并且由于它继续在血管中循环而不被肝脏等器官捕获，因此可以对血管进行约6小时的成像。此外，当口服氧化CNT近红外荧光成像探针时，由于荧光强度强，可以直接对胃肠道的运动进行成像（图2（b））。基于这些结果，新开发的氧化CNT近红外荧光成像探针有望用作药物开发过程中评估副作用的工具。
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图2 使用氧化碳纳米管作为体内近红外荧光成像探针的示例
(a) 输血后血管对比图，(b) 口服后胃肠道对比图 |
接下来，为了验证氧化碳纳米管是否可以作为具有靶向性的荧光成像探针，我们用IgG-PLPEG对合成的氧化碳纳米管进行表面修饰，并进行IP反应。首先，IgG与分散有用IgG-PLPEG表面修饰的氧化CNT的水特异性结合G蛋白的微粒混合并反应后，收集微粒。当将收集的微粒放入洗出液中时，与微粒结合的氧化CNT从颗粒上脱落并迁移到洗出液中。测定该洗出液的荧光光谱时，观察到来自氧化CNT的荧光（图3）。为了进行比较，当使用经PLPEG表面修饰而没有IgG修饰的氧化CNT进行类似的IP反应时，在洗出液中没有观察到源自氧化CNT的荧光。这表明用IgG-PLPEG表面修饰的氧化CNT通过IP反应特异性地结合至微粒，表明可以向氧化CNT赋予目标方向性。
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图 3 用 IgG-PLPEG 表面修饰的氧化 CNT 与 G 蛋白之间的 IP 反应图像（左）和
IP 反应后 G 蛋白包被微粒洗脱液的荧光光谱（右） |
新开发的氧化CNT合成方法不需要复杂的设备，可以在几分钟的短反应时间内合成，并且具有易于放大的优点。合成的氧化碳纳米管在NIR-II区域发射荧光，该区域对生物体具有高透过性，可用作高亮度近红外荧光成像探针。此外，通过适当的表面修饰，有望用作具有目标方向性的高亮度近红外荧光成像探针。
未来，基于这些成果，我们将与岛津制作所合作，将高亮度氧化碳纳米管近红外荧光成像探针商业化。