在纳米材料领域，原子级精度的金属纳米团簇（AuNCs）因其独特、稳定且高度可调控的光学性质非常关注。本文，研究人员讨论了AuNCs 产生 NIR-II 发射的机理，血管成像以及硬、软组织成像中的应用。此外，还总结了AuNCs 在肿瘤治疗诊断领域中的蕞新应用、光学性质的改进空间、临床转化中持续存在的挑战等。

  NIR-II不同组织散射系数明显降低；（B）未开颅小鼠脑血管的NIR-I、NIR-II（1000 - 1700nm）以及NIR-II b 区荧光成像及相应的信噪比；（C）在NIR-II成像下对创口进行术前检查，界定血管损伤的范围。

  原子精度受多种因素影响，制备 AuNCs 需要严控反应条件。合成方法有化学蚀刻法、光还原法与化学还原法，湿化学法是先将 Au（III）还原为 Au（I），再还原为 Au（0）。生物和合成大分子可作为模板促进 AuNCs 合成，含硫醇配体的物质可合成NIR-II发射的AuNCs。GSH常用于封端配体，通过连续蚀刻形成Au₂₅（GS）₁₈，荧光波长在600 -1450nm，覆盖了NIR-I和NIR-II的窗口范围，生物相容性与肾清除率良好，还可通过核工程或配体设计使 QY提高12%。

  在NIR-II 成像下，小鼠左脑中的动脉血管影像更清晰。与正常小鼠相比，经LPS 损伤的小鼠体内的AuNCs 在脑中的滞留时间更长、脑动脉血流灌注更慢（图 2B）。在肾脏中检测到AuNCs  48h后依 然存在，这说明AuNCs具有无毒性的肾清除潜力。此外，使用镉掺杂的双短硫醇配体（MHA = 6 - 巯基己酸，MPA = 3 - 巯基丙酸）保护的Au₇Cd₁ - MHA/MPA用于脊柱、后肢血管和脑血管的体内成像。制备的纳米团簇有诊断和跟踪脑血管疾病的潜力。

  灌注和长期滞留有助于实时监测血管疾病（图 2C（i - ii）），并且如图 2D 所示，信号在超过 125 min内保持高信噪比。全身成像表明纳米团簇的排泄途径主要是通过泌尿系统（图 2C（iii））。

  图 2. （A）健康小鼠、LPS损伤小鼠、中风小鼠的NIR-II动态脑成像以及主成分分析（PCA），叠加图像显示左脑存在非常明显的损伤信号。红色方框表示健康小鼠和 LPS 损伤小鼠随时间变化的定量脑信号。（B）健康小鼠和 LPS 损伤小鼠随时间变化的定量脑信号。（C）利用AuNC对脑部（i）和腿部（ii）血管进行动态成像，以及其在肾脏和膀胱中的分布情况（iii）以体现肾清除情况。箭头所指分别为：1 - 大脑下静脉、2 - 矢状窦、3 - 横窦。（D）与（i）和（ii）相对应的脑部及腿部血管的SNR

  新一代的AuNCs由巯基己酸和四（乙二醇）二硫醇作为共配体进行稳定，发射波长突破1250nm。使用AuMHA/TDT NCs进行NIR-II实时可视化血管网络成像，能准确识别Bmp9 - KO小鼠中的血管疾病。在此过程中，研究人员采用蒙特卡罗约束恢复（MCR）办法来进行采集后处理，将空间分辨率提高了约 59%，对比度提高了1个数量级（图 3A）。

  原始图像经过 MCR 处理，进行Frangi 滤波和分割操作，进而用于血管网络映射（图3B）。WT和Bmp9 - KO小鼠在皮肤血管方面存在很明显差异，可以对二者进行区分（图 3C ）。此外，水溶性的 AuNCs采用两性离子LA - 磺基甜菜碱配体进行封端，具备良好的血管分辨率（图 3（D，E））。

  图 3. 血管的三维成像。（A）小鼠血管在蒙特卡罗图像处理前后的体内NIR-II成像（反转对比度）。（B）对一只 Bmp9-KO 小鼠进行MCR处理、Frangi 滤波以及分割后的NIR-II图像。（C）对WT小鼠和 Bmp9-KO 小鼠进行的血管长度随分形维数变化的统计分析。（D）注射AuNCs后，小鼠前后侧在不同时间点的NIR-II图像。（E）使用带有 1250 LP滤镜的InGaAs相机进行的体内血管NIR-II成像。（F）用于3D的SWIR体内成像装置。（G）对灌注小鼠进行的全尺寸SWIR成像，以及（H）经深度学习处理后的图像。（I）不同角度展示了组织和血管中不同的信号水平。经过分割且放大倍数更高的血管网络呈现出血管的伪三维定位。

  AuNCs 具有在肾脏中高效蓄积的特性，可以精准地对肾脏进行成像，可用于诊断结石、囊肿和急性肾衰竭等疾病。研究人员将铜掺杂的AuNCs（Au₂₁Cu₁），注入患病小鼠的肾脏和膀胱中， 120min后荧光信号仍然活跃，通过NIR-II显微镜可以观测到肾脏损伤。研究人员将镉原子掺杂的AuNCs（Au₂₄Cd₁）监测 AKI 损伤后72h的进展情况，这说明可以对疾病不同阶段进行长期监测（图 4（A - C））。

  MHA/Cystm - AuNCs用于识别单侧输尿管梗阻（UUO）和肾缺血再灌注（RIR）诱导的肾功能障碍（图 5（A，B））。通过NIR-II窗口能够正常的看到随着图像采集时间的增加，缺血肾脏的信号- 背景比逐渐大于非缺血肾脏（图 5C）。这些 AuNC 可以区分不同结扎时间对肾脏的影响，证实了它们在诊断肾脏疾病方面的潜力。

  图 5. 单侧输尿管梗阻（UUO）和肾缺血再灌注（RIR）所致肾功能障碍的成像。（A）肾缺血再灌注（RIR）小鼠以及（B）单侧输尿管梗阻（UUO）且输尿管结扎的小鼠在静脉注射MHA/Cystm-AuNCs后不同时间点的情况。（C）在AuNCs处理 5 min后，不同结扎时间下荧光成像的信号与背景比值（SBR）。

  通常骨组织成像使用PET-CT和MRI等传统模态，但这些不能用于常规的术中追踪。基于NIR荧光引导手术（FGS），研究人员通过 Au₂₅SG₁₈展现了骨靶向 NIR-II 荧光引导手术可行性。该探针优先在骨和脊柱的羟基磷灰石上积累，随着 AuNCs 的快速清除，来自其他器官的干扰减少，骨内谷胱甘肽封端的 Au₂₅团簇荧光信号就会逐渐增加（图 6（A、B））。这表明了硬组织光学成像在临床具有巨大潜力，同时也仍具挑战。

  与骨组织不同，胃肠道由软组织构成，易受透射成像的高能辐射（如 X 射线）影响，因此诊断严重的胃肠道疾病时需要非侵入性、无辐射的替代方法。核糖核酸酶 - A 包封的RNase - A@AuNCs能够发射NIR-II的光，可以精准地分辨健康小鼠与肠道肿瘤小鼠，这一特性为胃肠道疾病或肿瘤的早期诊断提供了新的可能。借助高分辨率的 NIR-II 成像技术，能够清晰地观测到胃肠道内的直径为2.5mm的肿瘤结节（如图 6C 所示）。

  研究人员在乳腺癌小鼠模型上进行了一项监测肿瘤转移进程的实验。在对荷瘤小鼠注射谷胱甘肽稳定的AuNCs后，在 NIR-II 窗口进行成像。注射AuNCs后2.4s后，可见左腿血管成像，而右腿则需27.2s才获得更强的信号。在注射3.2min后，收集到了原发肿瘤与淋巴转移的信号（如图 7A（i - v））。AuNCs在肿瘤中的摄取量约为健康组织的 10 倍（图 7A（vi））。通过主成分分析叠加图像，血管、原发肿瘤以及淋巴转移均能够清晰辨别（图 7A（vii - xii））。

  图 7. 肿瘤转移成像。（A）淋巴转移的动态成像（i - v），原发性肿瘤部位呈现出优于正常组织的NIR-II信号（vi）。肿瘤转移的进一步进展通过高分辨率成像（vii - ix）以及主成分分析（PCA）叠加图像得以展现，其中显示出了继发性肿瘤（绿色）（x - xii）。

  分子成像可以精确诊断和治疗各种疾病，通过识别单元对AuNCs进行功能化处理，能够达成对体内特定分子的靶向成像效果。这一特性在疾病的个性化诊断与治疗进程中具有很重要的价值。研究人员使用聚多巴胺（PDA）对 GSH - AuNCs 进行包封，并负载亚甲基蓝（MB），可用于体内胃酸的选择性成像。在酸性条件下，AuNCs - PDA - MB可以释放MB ，同时还能激活在NIR - II波段的光致发光PL性能，能够适用于胃溃疡疾病的诊断。