张凡课题组在近红外二区分子探针领域取得重要进展

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复旦大学化学系张凡课题组开发出一类抗淬灭近红外二区小分子荧光探针，实现了活体小动物淋巴循环的高分辨率长时间成像和深组织穿透的pH传感，有望为生命科学及医学研究提供新的解决方案。相关研究论文“Anti-quenching NIR-II molecular fluorophores for in vivo high-contrast imaging and pH sensing” 3月5日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

(A) 抗淬灭近红外二区分子荧光探针设计；(B) 用于活体高分辨率淋巴成像；(C) 活体4毫米深度下进行胃酸的无创比率荧光传感分析；(D) 胃酸pH的精确解析。

小分子荧光探针是荧光成像与传感技术在生物医学研究中得以发挥重要作用的有力工具。近年来兴起的近红外二区（1000~1700 nm）荧光成像技术为该领域带来一次重大技术变革。相比于传统技术采用的短波段（400~900 nm）荧光，近红外二区荧光可显著降低生物组织的散射以及自发荧光干扰，因而极大地革新了成像分辨率和成像深度。然而限制该技术得以进一步发展的一个重要瓶颈是缺乏合适的小分子荧光探针。目前开发的荧光探针在水中普遍面临着荧光淬灭，光稳定性差等问题，并且缺乏荧光传感特性，在生物传感分析中应用受限。

针对上述问题，张凡教授研究团队打破聚集诱导荧光淬灭的传统惯性思维，发现溶剂极性增强是诱导荧光淬灭的主要成因，并基于此开发了系列波长可调的抗淬灭近红外二区花菁染料。与传统染料相比，该类染料在水中的荧光亮度提升了高达44倍，并获得了更优异的光稳定性，其活体淋巴成像效果远胜于金标准染料吲哚菁绿。与此同时，研究团队通过对染料光物理性质的深入研究，成功构筑了首个近红外二区pH传感探针，并将其应用于无创的4 mm组织深度下胃酸定量检测。在此过程中，研究团队克服了长期以来因组织内光衰减造成的活体荧光定量分析难的问题，提出了“波长分区比率荧光”定量分析方法。该方法利用两个在组织内衰减特征相似的荧光信号进行比率校正，同时结合体外模拟组织校正曲线，为活体内荧光定量分析提供了新的解决方案。

张凡课题组的博士生王尚风为论文第一作者。该工作得到了复旦大学化学系、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、国家重点研发项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会重点基础研究项目的大力支持。