基于小有机分子的纳米粒子形成有助于荧光亮度的提高和荧光向SWIR的转移，由此特别强调分子探针在聚集态和空间堆积中的激发态工程，纳米粒子中的分子。
那么今天本文将此讨论扩展到由共轭聚合物制成的纳米粒子，并讨论如何通过纳米粒子中聚合物分子的分子设计和链构象来改善荧光特性，以期将这种成像模式扩展到更广泛的生物成像应用，包括单粒子深层组织成像。
不良溶剂中高浓度的有机染料倾向于自组装以最小化与溶剂的相互作用，弱分子间相互作用支配自组装（即聚合）状态下分子的空间堆积，并导致新的光物理特性，这些特性不同于空间隔离状态下分子中存在的特性。
根据激子模型，当两个刚性平面 π 共轭分子被限制在拥挤的环境中时，它们的跃迁偶极矩开始相互强烈相互作用，这种二聚体系统的激发态能量发生共振分裂，中心到中心的距离和相邻分子跃迁偶极矩的相对方向，基础二聚体构型分为不同类型的聚集体。
于H 聚集体中（共面堆叠，发色团以面对面的顺序平行堆叠，滑动倾斜角大于 54.7°），只允许过渡到更高能量的激子，导致观察到的蓝移吸收带与组成单体形式相比的紫外/可见光谱。
到J 聚集体中（发色团以头尾相接的方式堆叠，滑动间距角小于 54.7°的滑动堆叠），允许过渡到低能激子，导致明显的红移吸收带与游离单体，光学上允许较低能量的激子态，因此与孤立的发色团相比，J-聚集通常会导致荧光效率的保留甚至增加。
反观 X 聚集体中（交叉堆叠，其中分子平面保持相互平行，但分子的长轴围绕堆叠轴形成旋转角），相邻跃迁偶极子的旋转降低了激发态的能级分裂，导致从两个分裂激子状态的光学允许跃迁。
偶极子相互作用的收缩导致 X 聚集体的光谱特征类似于单体分子，包括荧光发射的保存，虽然交叉偶极子堆叠已被视为聚集态发射的首选基序，但具有主要 X 型堆叠的分子仍然非常罕见。
聚合体J 聚集体最具体的特征之一是在吸收光谱中出现新的激子带（J 带），其相对于单体光谱发生红移。由于相干耦合激发态和离域分子激子的出现，吸收带的线宽变得严重变窄。
聚集体作为一个单元，由耦合的生色团组成，具有强烈增加的跃迁偶极矩，那么在窄能量范围内表现出强烈的光吸收，光谱变窄的幅度与相干耦合分子的数量成正比，荧光与吸收光谱相匹配，因此显示出较窄的光谱宽度。
染料的自组装可以通过取代基耦合在分子设计水平上进行控制，从而使供体取代基的体积大导致强 H 型或强 J 型激子耦合。或者特定自组装聚集体的形成可以由多个参数指导，包括盐浓度、温度、 pH值和溶剂。
用于生物成像应用的 J-聚集体从生物成像应用的角度来看，吸收光谱中明显的红移使 J 聚集体成为最有前途的材料，与单体染料相比，它会导致两个吸收端荧光的红移超过 100 nm。
由于光谱变窄，它们可以充当色纯度发射体可以实现多重成像，增强的摩尔消光系数导致更亮的荧光，J-聚集体（主要是聚甲炔）通常形成高度有序的管状结构或片状形态，并且通常难以获得稳定的颗粒，因为它们仅在高染料浓度或特殊稳定条件下存在，这阻碍了它们在荧光中的应用显微镜。
一些非聚次甲基 J 聚集体稳定存在于水性环境中，大多数在水性环境中形成 J 聚集体的小分子的荧光量子产率较低，通过将它们封装在纳米结构中（即，分子被加载到壳或胶囊型组件的空内部，而加载的分子之间没有分离）。
包括聚合物胶束、脂质体、介孔二氧化硅，也可以获得在水性环境中稳定的 J 聚集体纳米粒子和碳纳米管。
CP 由大量“准发色团”组成，发色团沿链的光物理相互作用通常决定它们的荧光特性，而不是每个发色团的荧光特性，对聚（亚苯基亚乙烯基）衍生物的单分子荧光光谱实验表明，尽管每个CP 链包含超过一百个发色团，但只有少量发色团发出荧光。
根据它们的聚集状态（即 J-、H- 或随机聚集体），包含数十个 CP 链的 CP 聚集体显示出来自不同数量发色团的荧光发射，在某些情况下仅来自少数发色团，开发具有明亮荧光的 Pdots 需要正确的 CP 分子设计以及粒子内部链间相互作用的优化。
Pdots 由紧密堆积的π共轭聚合物链组成，粒径范围从几纳米到几十纳米，光物理性质与组成发色团的性质、主链平面度、主链的扭转和偏转电位、表面电荷、官能团和聚集程度高度相关。
平面化会导致 Pdots 中的荧光特性不完美，从而引起更强的链内和链间相互作用，从而促进非发射准分子和激基复合物（即，淬灭位点、能量陷阱）的形成网站），Φ fl的下降随着能量转移到各种荧光猝灭位点的效率增加，通常在较大的颗粒中更明显。
ε随着粒径的增加而增加，可能导致整体亮度的增加，聚集引起的荧光猝灭在 NIR 和 SWIR 光谱区域发射的 Pdots 中尤其成问题，因为它们扩展的 π- 共轭系统通常由有助于增加 π-π 相互作用的大平面分子组成。
为了防止荧光猝灭位点的产生，通常通过将 CP 与非荧光两亲共聚物混合来制造 Pdot，这些共聚物在颗粒内保持 CP 链的物理分离，有效地保持了大的 Φ fl在颗粒内部，尽管由于颗粒内部荧光染料的比例较小，颗粒的整体亮度显着下降。
单光子激发显微镜及相关方法在 SWIR 光谱范围内检测荧光光子已被证明是最大化成像穿透深度的最有效的单光子方法。
尽管在血管疾病、肿瘤血管生成等不同病理的实时成像、图像引导手术中的应用以及无背景光学传感等方面取得了重大成就，但主要障碍是来自组织的噪声和散射降低了成像的精度方法。
结构化照明显微镜与 SWIR 光片显微镜的集成，超长激发和发射波长分别高达 ~1540 和 ~1700 nm，导致背景进一步减少，空间分辨率提高了大约两倍，这种 SWIR 成像模式可以极大地抑制光散射，并对具有深轴向穿透深度的组织进行大体积三维 (3D) 成像。
在没有开颅手术的完整小鼠头部的头皮和颅骨成像以及肿瘤的皮肤成像中，穿透深度高达 750 μm ，这些成像技术尚未实现在高深度处低于 1 μm 的空间分辨率，这可以部分解决，方法是使用深度神经网络进行图像分析，将模糊图像转换为清晰度更高、更接近真实情况的图像。
双光子激发显微镜提高成像深度和分辨率的另一种方法包括活体双光子显微镜，用 35 nm 大小的 AIEdots 展示了 SWIR 激发成像和 NIR 检测，AIEdots 由蟹形 D-A 型染料分子 TQ-BPN 组成，具有平面噻二唑 [3,4-g] 喹喔啉基核和几个扭曲苯基/萘环提供高荧光量子产率和有效的双光子活性。
实验提供的1200 nm fs 激光激发，小鼠大脑中血管的双光子荧光显微成像具有被 Pdots 染色的颅窗，达到 1010 μm 的深度，使用 1550–1675 nm fs 脉冲激光激发的可见光/近红外发射荧光团三光子激发显微镜在 1000 μm 深度处提供了完整小鼠大脑内的血管结构和神经元。
单个分子的光学检测占据众多生物物理学研究的中心位置，因为它开辟了研究通常隐藏在整体测量中的个体分子行为的可能性，类似于可见光谱范围内荧光成像的逐步发展，短波红外荧光成像的下一个重要步骤将是基于单分子和单粒子的研究。
尽管在可见光范围内的单分子显微镜研究取得了许多成功，但当我们转向在 NIR 光谱范围内吸收弱 SWIR 荧光的荧光团时，通过有效抑制组织自发荧光，向更长波长的转变提高了整体成像能力，非常低的 Φ短波红外发射器的fl大大限制了单分子检测能力。
使用无机荧光团的单粒子 SWIR 成像单壁碳纳米管 (SWCNT) 具有大尺寸（亚微米和微米长度）和高刚性，具有 SWIR 发射，通过利用它们由于尺寸大和刚性高而在生物组织中相对缓慢的扩散，已经报道了小鼠大脑中的视频速率单 SWCNT 成像。
SWNT 的小直径使其可以进入复杂的环境，使人们能够直接观察小鼠脑组织中的局部细胞外空间 (ECS) 结构和流变学，由于纳米管几何形状与 ECS 局部环境之间的相互作用，还提取了关于 ECS 尺寸和局部粘度的提取信息。
引入 sp 3提高了 SWNT 的亮度缺陷，这使得单 SWNT 成像能够使用前所未有的低激发强度 (100 W cm –2 )实现高信噪比成像，比之前报道的低一个数量级，使用 SWIR 发射砷化铟量子点 (QD) 的体内小鼠脑血管成像允许具有高时空分辨率的单粒子图像测速。
有机荧光团的单粒子 NIR 成像使用 NIR 发光染料 IRdye 700DX 和 IRDye 800CW 进行了第一次使用 NIR 发光染料的单分子成像，使用落射荧光显微镜和全内反射荧光显微镜捕获了用这些 NIR 染料标记的 MCF-7 细胞的单分子图像。
十八烷基罗丹明 B 染料在聚（甲基丙烯酸甲酯）-磺酸盐纳米颗粒（PMMA-SO 3 H）中负载大体积疏水反离子（全氟四苯基硼酸盐）作为荧光团绝缘体，展示了体内发射单一有机纳米颗粒的 NIR 可视化。
有机SWIR 探针在生物体中发生的生理过程的可视化和研究方面显示出巨大的潜力，包括肿瘤检测、脑血管研究、肿瘤微环境传感和基于干细胞的再生医学，大量活动集中在开发各种新型有机 SWIR 试剂上。
笔者在此数据集的基础上，构建了报告染料的波长依赖性 Φ fl分布，以及波长依赖性荧光亮度分布，由于能隙定律，获得峰值荧光发射高于 1200 nm 且具有适当荧光亮度的有机染料和纳米粒子存在明显的局限性。
只有少数有机荧光团在 1200 nm 以上的峰值荧光发射和良好的 Φ fl值可用，包含 BBTD 受体部分的 DAD 分子的峰值荧光不超过 1050 nm，尽管这些分子表现出 Φ fl的广泛变化由于引入每个分子的古董机制而产生的价值。
由于确定有机 SWIR 荧光团的发射光谱较宽，尾部发射荧光通常延伸到超过 1500 nm 的整个 SWIR 光谱范围，而这种尾部荧光发射有时能允许使用当前的有机 SWIR 荧光团进行高对比度成像。
参考文献：
- 李欣欣，《内光电发射机制在短波红外光电探测器件中的应用研究》
- 郭雪，《荧光聚合物纳米粒子的制备及传感应用》
- 张晋羽，《高效发光的有机荧光纳米晶的制备及其性质研究》
