近紅外二區（NIR-II）熒光成像具有穿透深度深、光散射弱等優點已被廣泛用于活體深層組織熒光成像。然而由于絕大部分NIR-II熒光染料不具備熒光調控開關，始終處于“常亮”狀態，只能用于解剖成像而不能用于特異性傳感。因此，創制*NIR-II熒光染料，在保證其具有NIR-II波長的同時擁有良好的穩定性和熒光可調性能，將可以推動小動物活體特異性傳感領域快速發展，但截至目前為止，滿足這些條件的NIR-II染料還未曾被報道。

 呫噸類染料和菁類染料具有良好的光學性能被廣泛用于生物醫學研究中，呫噸類染料亮度高、穩定但波長相對較短，菁染料波長長但穩定性相對差不易調節熒光。某大學教授團隊通過把CX系列染料中類似羅丹明的對稱結構換成不對稱的類似Rhodol結構，從而創制了系列*NIR-II熒光染料Chrodol。此系列熒光染料其羥基烷基化或者處于氧負離子狀態時因其較大的供電子能力差異，染料的光學性質具有非常明顯的區別，處于烷基化的羥基染料沒有近紅外二區熒光發射，當羥基處于氧負狀態時，染料具有較強的近紅外二區熒光發射，因此，通過調節羥基的分子內電荷轉移（ICT）性質即可構建傳感探針。經過系列性質測試，他們選擇了系列染料中的Chrodol-3用于探針的構建。將Chrodol-3的羥基與芐基苯硼酸酯相連，得到了可以對堿性和ROS/RNS雙重響應的NIR-II分子探針PN910，該探針與底物反應后可以實現近紅外二區熒光off-0n的調節。在體外測試中，PN910對H₂O₂和ONOO^-的響應表現出*的pH依賴性，活體實驗中，PN910可以實現對膀胱炎和腸炎的活體實時監測。

這一研究成果于2021年10月以“ROS/RNS and Base Dual Activatable Merocyanine-Based NIR-II Fluorescent Molecular Probe for in vivo Biosensing”為題發表在 《Angewandte Chemie International Edition》*期刊上。

圖1雙激活探針PN910設計策略、響應機理，響應前后光譜變化以及活體傳感成像 

該工作通過構建對堿性和ROS/RNS雙重響應的探針PN910，實現了對堿性環境中炎癥的特異性活體深組織檢測。此外，Chrodol系列染料在未來也可以作為平臺分子，通過不同的功能化修飾，實現多種其他疾病標志物的檢測。研究項目構建了系列*NIR-II熒光染料，通過對其羥基修飾調控分子內電荷轉移（ICT）進而構建NIR-II熒光傳感探針并用于小鼠活體傳感成像。

參考文獻：

Xin Zhang,Ying Chen,Haisheng He,Shangfeng Wang,Zuhai Lei* and Fan Zhang*. ROS/RNS and Base Dual Activatable Merocyanine-Based NIR-II Fluorescent Molecular Probe for in vivo Biosensing. Angew. Chem. Int. Ed. , 2021, 60, 26337-26341.

| 儀器

近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區小動物活體成像系統NIR-II-ST完成了基于堿性和ROS/RNS雙重響應型探針PN910對小鼠腸炎的原位監測實驗。該小動物活體成像系統功能強大，相機性能優異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區寬場成像、全光譜成像、近紅外二區熒光壽命成像，且成像系統采用了模塊化設計，成像功能亦可進一步升級擴展X射線激發模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統可應用于活體小動物熒光手術導航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內植入物的監測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。