為解決上述問題，復(fù)旦大學(xué)張凡教授研究團(tuán)隊(duì)探索了一種原子節(jié)約型的波長拓展策略，通過在推-拉電子結(jié)構(gòu)中插入一個(gè)4π電子的五元環(huán)，獲得了一系列分子量在299-504 Da，光譜范圍覆蓋700-1600 nm的氨基芴（AF）染料，其具有超過大多數(shù)常規(guī)染料的波長-分子量比（λ_abs/Mw）。AF骨架具有基態(tài)反芳香性和激發(fā)態(tài)芳香性，與傳統(tǒng)染料具有[4n+2]π電子休克爾芳香性相反。這一特性導(dǎo)致了固有的窄HOMO-LUMO間隙。此外，研究發(fā)現(xiàn)，引入反芳香性結(jié)構(gòu)增加了電子躍遷時(shí)的振動(dòng)耦合，從而導(dǎo)致超快的激發(fā)態(tài)衰減和超高的光穩(wěn)定性。

圖1. (a,b) AF1-AF14的兩步合成路線和對(duì)應(yīng)的取代基結(jié)構(gòu)以及吸收峰波長；(c,d) 幾種代表性的AF染料的吸收和發(fā)射光譜；(e,f) AF染料的吸收峰波長(e)和峰肩比(f)與計(jì)算的取代胺基的垂直電離能之間的線性關(guān)系。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)利用AF染料的小巧結(jié)構(gòu)，通過簡單的修飾策略——引入一個(gè)羧基，在分子量小幅增加44 Da的情況下，油水分配系數(shù)（cLogD）大幅下降，從而獲得了較好的水溶性，并減少了生物體內(nèi)的非特異性相互作用。而傳統(tǒng)策略則通常需要大分子修飾或膠束包裹來獲得更好的水溶性。體內(nèi)熒光成像結(jié)果顯示分子結(jié)構(gòu)和分子量變化對(duì)染料藥代動(dòng)力學(xué)的重要影響。研究團(tuán)隊(duì)還利用這一藥代動(dòng)力學(xué)差異，演示了AF染料用于活體內(nèi)多通道熒光成像的應(yīng)用潛力。

圖2. (a) 幾種AF染料衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)；(b) AF染料和衍生物的活體NIR-II熒光成像情況；(c-e) 染料在各時(shí)間點(diǎn)在肝臟和腎臟中的定量熒光信號(hào)分布情況；(f,g) 染料的單側(cè)腎臟缺血再灌注過程示意圖和活體內(nèi)NIR-II成像情況；(h) 圖g中兩側(cè)腎臟熒光強(qiáng)度比值隨時(shí)間的變化過程；(i) 活體NIR-II多光譜熒光成像工作流程示意圖。

進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)利用小鼠腎損傷模型研究了染料在臨床前診斷中的潛在應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明，經(jīng)過羧基修飾的小分子水溶性結(jié)構(gòu)AF3-COOH能夠在10分鐘內(nèi)檢出腎臟損傷，相比大分子對(duì)照結(jié)構(gòu)快6倍，這一結(jié)果證明了AF染料在臨床診斷中的巨大價(jià)值，具有將診斷時(shí)間提前和提高生物相容性的潛力。

Yan, K., Hu, Z., Yu, P. et al. Ultra-photostable small-molecule dyes facilitate near-infrared biophotonics. Nat Commun 15, 2593 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46853-0

近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST分別完成了小鼠活體代謝成像以及多通道多器官功能成像，并通過尾靜脈注射完成了NIR-II活體單側(cè)腎臟缺血再灌注模型成像實(shí)驗(yàn)。