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近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院超靈敏磁共振研究團隊發展了“彩磁”編碼標記新方法，可用于活體肺部的超靈敏“彩色”磁共振成像（MRI）。熒光分子種類繁多，在蛋白標記、熒光示蹤、免疫熒光等領域發揮著重要作用。根據熒光分子發射波長的不同，對不同底物進行不同的顏色標記，進而實現不同底物同時檢測。然而，熒光的組織穿透深度有限，在活體分析方面具有局限性。磁共振成像無穿透深度限制，化學位移作為重要的磁共振參數，在分子結構鑒定和底物檢測方面起著重要的作用。和熒光標記分子不同的發射波長對應不同的熒光顏色類似，構建磁共振分子探針作為“彩磁”標記分子，可根據其化學位移的不同，對被測目標進行“彩磁”編碼，即可實現不同目標的活體“彩色”MRI分析。但是傳統質子探針化學位移變化范圍窄，有背景信號干擾，且檢測靈敏度較低。129Xe對化學環境敏感，化學位移變化范圍大，適合作為化學位移探針用于分析檢測。科研團隊發展超極化技術，能將惰性氣體129Xe磁共振信號增強100000倍以上。將超極化129Xe氣體吸入肺部并進行氣血交換后，氣態129Xe、肺組織中的溶解態129Xe、與血紅蛋白作用的結合129Xe會產生不同的化學位移。而當129Xe與作為“彩磁”標記分子的功能化“分子籠”相結合，又可產生新的特異性“籠”內129Xe化學位移。然而，此前發展的“分子籠”內129Xe信號弱，難以在活體應用中同時標記不同化學位移的信號，極大地限制了基于超極化129Xe化學位移編碼的分子影像在活體中的應用。因此，構建能結合超極化129Xe氣體的“分子籠”，并增強其“籠”內129Xe化學位移信號，是實現活體“彩色”MRI的關鍵。研究團隊前期發現，金屬有機框架（MOF）材料ZIF-8，對Xe具有較高的親和力，可用于捕獲Xe原子，進行超極化129Xe磁共振成像。基于前期研究，研究團隊首次將多組分MOF構建策略引入到超極化129Xe磁共振領域。通過在ZIF-8骨架中引入多種金屬，調節ZIF-8孔道與Xe的相互作用，有效提高水溶液中MOF籠內129Xe的信號強度。應用該策略構建的NiZn-ZIF-8孔道內信號，相對于溶解態129Xe信號增強210倍以上，將其作為“彩磁”標記分子注入大鼠肺部，可獲得較強的NiZn-ZIF-8“籠”內129Xe信號。對大鼠活體肺部四種不同化學位移的129Xe進行編碼標記，可獲得四種不同化學環境的129Xe影像，且不同化學位移的129Xe信號可有效區分，互不干擾，即實現了活體多化學位移編碼的“彩色”MRI。該MOF“彩磁”標記分子與熒光標記分子功能類似，后續可根據需求，對其進行功能化修飾，用于多種生物靶標的超靈敏彩色MRI。相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。論文鏈接NiZn-ZIF-8“彩磁”標記分子在溶液以及活體中的多化學位移成像效果