高分辨率活体生物传感对于推动生命科学与医学的发展至关重要，但仍面临诸多挑战。近红外第二窗口（也称短波红外，NIR-II，1000–2000 nm），尤其是1500 nm 以上区域，因散射更低和自发荧光极弱而具有更高的成像分辨率。分子探针通过提供针对特定化学信号的荧光响应，是光学成像中不可或缺的工具，但其活体成像能力仍受到组织散射和自发荧光的限制，这会降低信号质量，并限制时空分辨率。目前尚无分子探针可在1500 nm以上波段实现生物光学传感，探索此类荧光探针分子仍面临巨大挑战。

针对以上问题，复旦大学张凡（点击查看介绍）、王尚风（点击查看介绍）研究团队在单功能化铒酞菁配合物中引入一种电子对称性调控发射的新策略，建立了一个可用于1500 nm以上发射波段的分子传感平台。在这些单功能化的铒酞菁配合物中，来自酞菁配体的高效三线态能量转移能够敏化出1530 nm处铒离子的发射，通过外围取代基调节酞菁配体的电子对称性可改变铒酞菁配合物其激发光谱。基于这一机制，该团队展示了该分子骨架的概念验证成果，开发了用于pH和铜离子响应的分子探针，可产生激发比率型的1530 nm信号，从而实现活体内动态、定量且具有解剖区域分辨的化学传感。该分子传感平台为深组织中高精度描绘化学与生理过程提供了一种创新解决方案，其所揭示的电子对称性调控发射机制也为更多功能探针的设计提供了一种普适性策略。

图1. 酞菁配体中电子对称性调控铒离子1530 nm发射的机制设计

图2. 具有pH响应的铒酞菁衍生物EP2在小鼠胃部活体动态比率成像的应用

图3. 具有铜离子响应的铒酞菁衍生物EP5在小鼠腹腔中比率检测及记录肠道动态过程的应用

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，复旦大学博士后吴斌、博士研究生张璐为该论文共同第一作者，张凡教授、王尚风青年研究员为该论文共同通讯作者。该工作得到了复旦大学化学系、复旦大学先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室、上海市分子催化与功能材料重点实验室、上海吴淞材料实验室、国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会、科学探索奖等机构与项目的大力支持。该工作的瞬态吸收光谱研究得到华东师范大学物质表征中心贾梦辉老师的悉心帮助。

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Electronic-Symmetry-Tuned Emission Beyond 1500 nm in Erbium(III)-Phthalocyanine Complexes for High-Resolution In Vivo Biosensing

Bin Wu,^† Lu Zhang,^† Kui Yan, Mei Mei, Wenxiao Wu, Zuyang He, Shangfeng Wang,* and Fan Zhang*

J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 44185–44190, DOI: 10.1021/jacs.5c13688

研究团队简介

张凡，复旦大学化学系教授、博导。新基石研究员，国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士，美国生物医学工程学会会士。主要研究领域包括生物纳米技术及生物分析，如早期癌症诊断与治疗，药物储存与释放，体内与体外生物医学成像分析等。发表SCI论文100余篇，其中包括Cell, Nat. Mater., Nat. Nanotechnol., Nat. Photon., Nat. Rev. Bioeng., Nat. Protoc., Nat. Commun.等论文，他引30000余次，H index 95，累计超过50篇论文入选ESI高被引论文，2018-2024入选全球高被引学者。撰写出版英文专著2部。获得2022年度上海市自然科学一等奖（第一完成人），2022年科学探索奖，2020年度国家自然科学一等奖（第四完成人）、2019年度教育部自然科学一等奖、侯德榜化工科技奖、上海市科技进步奖等奖、上海市青年英才科技奖等荣誉。

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

王尚风，复旦大学化学系青年研究员，聚合物分子工程全国重点实验室研究员，获得国家自然科学基金青年科学基金（B类）项目资助。主要研究方向为短波红外功能化学探针的设计、合成与应用，发展了覆盖短波红外窗口的系列分子探针，提出了短波红外术中导航实时多光谱成像方法，并与联影集团合作开展人工智能驱动的高端医疗装备基础与转化研究。迄今已发表SCI论文38篇，其中多篇以通讯作者发表于Nat. Mater.、Nat. Photon.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等顶级期刊。现任 Frontiers in Chemistry 副主编，并担任 Nano-Macro Letters、Smart Molecules 青年编委。

https://www.x-mol.com/groups/wang_shangfeng