Fluorescence anti-Stokes (ASF) basée sur l'absorption à bande chaude du vert d'indocyanine (ICG), beaucoup plus lumineux que la luminescence des nanoparticules dopées aux ions de terres rares, a été observé et étudié récemment par des scientifiques en Chine et aux États-Unis. Ils ont découvert que l'ASF de l'ICG peut être utilisé pour la tomographie et la mesure de la vitesse du flux sanguin des vaisseaux cérébraux, reflétant le changement de température, et réaliser une imagerie simultanée multi-organes, et a des perspectives d'application considérables en imagerie biologique, la détection et même la traduction clinique.

Il existe quatre types courants de fluorescence anti-Stokes (ASF):(i) le processus d'absorption multiphotonique directe (MPA), (ii) procédé de conversion ascendante (UC) basé sur l'absorption à plusieurs étapes à travers des niveaux d'énergie intermédiaires, (iii) procédé de fluorescence retardée activée thermiquement (TADF), et (iv) procédé d'absorption en bande chaude (HBA). L'apparition de la fluorescence MPA nécessite généralement une intensité d'excitation extrêmement élevée et est généralement obtenue en utilisant des lasers pulsés femto- ou pico-secondes coûteux. Processus UC dans les nanoparticules dopées aux ions de terres rares (UCNP), ou UC basée sur l'annihilation triplet-triplet (TTA), peut être obtenu en utilisant des diodes laser à onde continue (CW) peu coûteuses. Cependant, la section efficace d'absorption des UCNP est relativement petite, résultant en une faible efficacité UC. Les systèmes de complexes métalliques/composés organiques à base de TTA ont une absorption plus importante et une efficacité quantique plus élevée pour être des convertisseurs ascendants plus efficaces que les UCNP. Malheureusement, la photostabilité des convertisseurs ascendants à base de TTA est relativement faible en raison des processus de trempe puissants causés par l'oxygène moléculaire. Les procédés TADF et HBA dans les molécules organiques excitées par le laser CW sont des procédés anti-Stokes intéressants. Quoi de plus, leur potentiel à fournir des informations sur la température dans le volume excité, les rend plus attrayants pour une application en bio-imagerie.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Jun Qian du State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentations, Collège des sciences et de l'ingénierie optiques, Université du Zhejiang, Chine, et le professeur Paras N Prasad de l'Institute for Lasers, Photonique et Biophotonique, Université d'État de New York à Buffalo, NOUS., découvert et étudié l'ASF basé sur HBA dans le vert d'indocyanine (ICG) approuvé par la Food and Drug Administration (FDA). Basé sur la sensibilité thermique, ils ont appliqué l'ASF d'ICG pour évaluer l'état thermique des tumeurs sous-cutanées de souris pendant le traitement photothermique. Outre, L'ASF d'ICG est beaucoup plus forte que la fluorescence UC typique dans les UCNP excitées à 980 nm, avec des dommages thermiques négligeables aux tissus biologiques. La tomographie volumique profonde des vaisseaux sanguins cérébraux et la mesure de la vitesse du flux sanguin des souris ont été réalisées en utilisant l'ASF de l'ICG. De plus, en combinaison avec des nanoparticules (NPs) L1057, qui absorbent l'ASF de l'ICG et émettent au-delà de 1100 nm, ces deux sondes génèrent des images multimodes dans deux canaux fluorescents sous l'excitation d'un seul laser CW de 915 nm. Un canal est utilisé pour surveiller deux organes qui se chevauchent, système urinaire et vaisseau sanguin du rat, tandis que l'autre montre uniquement le système urinaire.

Dans le processus HBA, les électrons des molécules ICG absorbent les photons de la partie supérieure, thermiquement peuplé, niveaux vibratoires de l'état fondamental. L'excitation décroît jusqu'aux niveaux de vibration inférieurs de l'état fondamental, émettant ainsi des photons avec une énergie plus élevée par rapport à celle absorbée initialement. Ces scientifiques résument les principaux travaux de l'ASF de l'ICG basé sur HBA :

"Nous avons découvert une ASF brillante dans ICG sous l'excitation d'un laser CW de 915 nm, et l'a comparé à l'ASF des UCNP excités par le laser CW. Le résultat est que l'ASF de l'ICG est beaucoup plus brillante que celle des UCNP, qui a fortement attiré notre attention. Pour connaître le mécanisme de génération de l'ASF d'ICG, nous avons mené des expériences de vérification rigoureuses et conclu que son mécanisme de génération était HBA. Ensuite, nous avons exploré sa possibilité dans les applications de détection thermique. L'évaluation de l'état thermique des tumeurs sous-cutanées pendant le traitement photothermique et l'indication de température élevée ont été réalisées en utilisant l'ASF d'ICG. Une tomographie des vaisseaux sanguins cérébraux et une vélocimétrie sanguine de souris ont également été réalisées. Compte tenu de l'opération chirurgicale, nous avons prouvé un concept d'imagerie multimode in vivo en temps réel permettant une détection sélective et à contraste élevé des organes adjacents (système urinaire et vaisseaux sanguins) en combinant l'ICG avec des points de polymère organique fluorescent L1057 sous une seule excitation laser CW de 915 nm. Cette nouvelle technique d'imagerie peut être utile pour la surveillance peropératoire en temps réel et éviter les blessures chirurgicales accidentelles."

"De façon intéressante, nous avons découvert que l'ICG pouvait générer des ASF visibles ( <700 nm) sous excitation laser CW de 915 nm. Cela peut aider l'être humain à percevoir la lumière infrarouge à l'œil nu", ajoutent-ils.

"Nous nous attendons à ce que l'ASF de l'ICG soit plus profondément et plus largement utilisé et que d'autres fluorophores avec des caractéristiques de l'ASF induites par HBA puissent être synthétisés pour la bio-imagerie, sentir, la théranostique et la perception de la lumière infrarouge à l'avenir", ont prédit les scientifiques.