该研究由Cheng Yao、Ruwei Wei、Xiao Luo、Jinquan Chen、Xuhong Qian、Youjun Yang等学者共同完成，研究成果以“A stable and biocompatible shortwave infrared nanoribbon for dual-channel in vivo imaging”为题，于2025年1月在线发表。研究团队通过理性设计双苯并硅罗丹明骨架（ESi5），构建了具有V型链内堆积和J型链间堆积的双层纳米带结构，其独特的光学特性为深组织成像技术提供了新的解决方案。

重要发现
01晶体引导的聚集体结构设计
研究团队通过分析ESi5染料在不同反离子（Cl⁻和PF₆⁻）条件下的晶体堆积模式，发现两种截然不同的聚集行为：Cl⁻条件下形成经典的HJ型堆积，而PF₆⁻条件下则出现夹角为121.1°的V型二聚体链内堆积，链间呈现51.7°滑移角的J型堆积，这种新型结构被命名为JV-聚集体。基于此发现，团队在ESi5的电子推拉头基引入亲水链（磺酸基或羧基），使其在水相中自发组装成双层纳米带。

03形态演化与稳定性突破
透射电镜和冷冻电镜显示，ESi5-S聚集体在24小时内从7.7 nm颗粒逐渐生长为宽度达116.2 nm的柔性纳米带。原子力显微镜测得厚度约3.4 nm，与双分子层模型高度吻合。该聚集体表现出卓越的稳定性：在6%甲醇浓度以下保持结构完整，耐受超声处理、pH变化（4-10）及活性氧攻击（50 μM ONOO⁻仅导致10.5%信号衰减）。更引人注目的是，加热/退火循环可逆地调节聚集度，且能通过消除缺陷提升偶极耦合强度。

04双通道活体成像验证
通过尾静脉注射ESi5-S聚集体（2.5 mg/kg）至BALB/c小鼠，团队实现了808 nm（单体激发）和1064 nm（聚集体激发）双通道成像。聚集体在骨骼区域呈现特异性富集，椎体与软组织信号比达3.9，而单体信号仅见于肝脏和肠道代谢途径。线强度分析可清晰分辨0.89 mm胸骨和1.80 mm胫骨结构，证明了其高空间分辨率成像能力。

创新与亮点
01方法论突破：从随机到理性的聚集控制
CAASH策略首次将晶体工程理念引入染料聚集设计，通过预先解析单体晶体的堆积规律，指导水相中聚集路径的选择。这一方法克服了传统J-聚集体制备依赖经验试错的局限性，为可控合成SWIR活性材料提供了新范式。

02技术瓶颈破解：稳定性与生物相容性兼得
研究通过精准调控两亲性分子结构，使聚集体在保持SWIR活性的同时，抵御生物环境中溶剂、pH、活性氧等多重挑战。其熔融温度达74℃，且加热-退火可逆循环达20次以上，远超已知有机SWIR染料的稳定性极限。

03应用价值重构：双通道成像揭示代谢动力学
利用聚集体与单体在尺寸、电荷及代谢途径上的差异，首次实现同一染料在体内的分布与代谢实时追踪。骨骼靶向特性为骨科疾病诊断提供新工具，而肝肠代谢监测则为药物递送研究开辟新视角。

总结与展望
本研究通过CAASH策略成功构建了具有JV型堆积的短波红外纳米带，解决了有机SWIR材料在生物应用中稳定性差与功能单一的核心难题。其双通道成像能力不仅提升了深组织成像的分辨率，更通过聚集体-单体代谢差异的动态监测，为精准医疗提供了新的观测维度。未来，该平台可通过调控分子结构进一步优化光学性能，并探索与其它聚集体的 multiplexed 成像，在肿瘤手术导航、神经活动监测等前沿领域具有广阔应用前景。随着材料设计与成像技术的深度融合，这类理性设计的纳米聚集体有望成为生物医学检测工具箱中的关键组件。

DOI:10.1038/s41467-024-55445-x.