近红外二区荧光染料分子工程设计促进生物医学检测

近期，复旦大学张凡教授（点击查看介绍）团队在Wiley旗下期刊Angewandte Chemie International Edition 上发表了题为“Molecular Engineering of NIR‐II Fluorophores for Improved Biomedical Detection”的综述文章。这篇综述从分子工程的角度重点介绍了近红外二区（NIR-II）荧光染料的设计策略和生物医学成像方面的应用设计思路。论文第一作者是青年研究员雷祖海博士。

首先，作者讨论了高性能NIR-II荧光染料需要考虑的三个参数：波长、亮度以及稳定性。在这三个参数的指导下，作者详细探讨了如何实现染料波长的红移，包括延长共轭链、修饰推拉电子体系、杂原子替换以及形成J-聚集体等方式；接着讨论了提高亮度的策略，包括空引入空间位阻、与蛋白形成复合物、修饰推拉电子体系以及聚集诱导发光（AIE）等；最后探讨了如何提高染料稳定性的策略，包括引入空间位阻、刚性化染料分子结构等，每种策略都有相应的例证。此外，作者总结了一个最大吸收波长与亮度的关系图，此图清晰的展示了目前绝大部分用于NIR-II区生物成像的小分子染料相关参数，具有很好的参考价值。

在讨论染料分子设计策略后，作者进一步介绍了相关NIR-II染料的成像应用，包括动态成像、多重检测、荧光引导手术等。接着进一步介绍了NIR-II荧光传感探针的设计策略，包括Off-On型荧光探针和比率型荧光探针，其荧光调控机制包括推拉电子体系修饰、聚集与解聚集、共价组装、共轭体系干扰、ICT、能量转移以及有机无机杂化等方式，每种策略都有相应的例证。

最后，作者讨论了NIR-II小分子荧光染料设计面临的问题以及可能的解决办法，并进一步展望了NIR-II区化学发光、生物发光等低背景荧光成像方式在生物医学研究中的应用潜力。

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Molecular Engineering of NIR-II Fluorophores for Improved Biomedical Detection

Zuhai Lei, Fan Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202007040

导师介绍

张凡

https://www.x-mol.com/university/faculty/9670