Освоение биологических окон: современные представления о флуоресцентных биозондах с эмиссией свыше 1000 нм

Для разработки более точных, эффективных, неинвазивных и быстрых диагностических инструментов всё шире применяют ближнее инфракрасное (БИК) излучение во втором и третьем биологических окнах (БИК-II: 1000–1350 нм, БИК-III: 1550–1870 нм), поскольку оно обеспечивает большую глубину проникновения в биологические ткани, лучший контраст изображений, меньшую фототоксичность и более выраженную устойчивость к фотодеградации. Поэтому биовизуализация на основе БИК-излучения стала быстро развивающейся областью, в которой предложено множество новых биозондов с эмиссией в БИК-диапазоне. Классы материалов, рассматриваемых в качестве потенциальных зондов для БИК-БИК-визуализации с использованием БИК-излучения для возбуждения и эмиссии, весьма разнообразны. К ним относятся наночастицы на основе редкоземельных элементов, наноструктуры элементов IV группы — одностенные углеродные нанотрубки, углеродные наночастицы и, в последнее время, наноструктуры на основе Si или Ge, — а также квантовые точки на основе халькогенидов Ag, In и Pb. В этом обзоре обобщены и рассмотрены современные тенденции, преимущества различных материалов и последние достижения в области БИК-БИК-визуализации с использованием диапазона свыше 1000 нм, то есть второго и третьего биологических окон. Дополнительно рассмотрены перспективные материалы для зондов, испускающих излучение в диапазоне БИК-I (700–950 нм), которые, таким образом, не имеют эмиссии в этих двух окнах, но обладают высоким потенциалом. Основное внимание уделено последним дискуссиям об оптимальном выборе длин волн возбуждения и эмиссии для высокоразрешающей оптической биовизуализации глубоких тканей, а также флуоресцентным биозондам, успешно применённым в исследованиях in vitro и in vivo.