复旦大学药学院雷祖海课题组与化学系张凡课题组在近红外二区（NIR-II）活体荧光传感领域取得进展。研究项目构建了系列新型NIR-II荧光染料，通过对其羟基修饰调控分子内电荷转移（ICT）进而构建NIR-II荧光传感探针并用于小鼠活体传感成像。相关成果以“ROS/RNS and Base Dual Activatable Merocyanine-Based NIR-II Fluorescent Molecular Probe for in vivo Biosensing”为题，全文发表于化学国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition。
近红外二区（NIR-II）荧光成像具有穿透深度深、光散射弱等优点已被广泛用于活体深层组织荧光成像。然而由于绝大部分NIR-II荧光染料不具备荧光调控开关，始终处于“常亮”状态，只能用于解剖成像而不能用于特异性传感。因此，创制新型NIR-II荧光染料，在保证其具有NIR-II波长的同时拥有良好的稳定性和荧光可调性能，将可以推动小动物活体特异性传感领域快速发展，但截至目前为止，满足这些条件的NIR-II染料还未曾被报道。
呫吨类染料和菁类染料具有良好的光学性能被广泛用于生物医学研究中，呫吨类染料亮度高、稳定但波长相对较短，菁染料波长长但稳定性相对差不易调节荧光。在前期的研究中（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 8166 – 8171, Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5091-5095），复旦大学化学系张凡教授和复旦大学药学院雷祖海青年研究员通过巧妙结合呫吨染料和菁染料，创制了系列NIR-II荧光染料CXs并通过“开关环”和“能量转移”方式实现了NIR-II荧光调控传感。
图1双激活探针PN910设计策略、响应机理，响应前后光谱变化以及活体传感成像
近日，雷祖海青年研究员和张凡教授通过把CX系列染料中类似罗丹明的对称结构换成不对称的类似Rhodol结构，从而创制了系列新型NIR-II荧光染料Chrodol。此系列荧光染料其羟基烷基化或者处于氧负离子状态时因其较大的供电子能力差异，染料的光学性质具有非常明显的区别，处于烷基化的羟基染料没有近红外二区荧光发射，当羟基处于氧负状态时，染料具有较强的近红外二区荧光发射，因此，通过调节羟基的分子内电荷转移（ICT）性质即可构建传感探针。经过系列性质测试，他们选择了系列染料中的Chrodol-3用于探针的构建。将Chrodol-3的羟基与苄基苯硼酸酯相连，得到了可以对碱性和ROS/RNS双重响应的NIR-II分子探针PN910，该探针与底物反应后可以实现近红外二区荧光off-0n的调节。在体外测试中，PN910对H2O2和ONOO-的响应表现出优秀的pH依赖性，活体实验中，PN910可以实现对膀胱炎和肠炎的活体实时监测。
该工作通过构建对碱性和ROS/RNS双重响应的探针PN910，实现了对碱性环境中炎症的特异性活体深组织检测。此外，Chrodol系列染料在未来也可以作为平台分子，通过不同的功能化修饰，实现多种其他疾病标志物的检测。
论文第一作者为复旦大学博士研究生张欣，通讯作者为张凡教授和雷祖海青年研究员。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109728
