ROS/RNS和堿性雙重激活花菁熒光分子探針用于活體生物傳感

        近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光成像具有穿透深度深、光散射弱等優(yōu)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(diào)控開關，始終處于“常亮”狀態(tài)，只能用于解剖成像而不能用于特異性傳感。因此，創(chuàng)制新型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(wěn)定性和熒光可調(diào)性能，將可以推動小動物活體特異性傳感領域快速發(fā)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(yī)學研究中，呫噸類染料亮度高、穩(wěn)定但波長相對較短，菁染料波長長但穩(wěn)定性相對差不易調(diào)節(jié)熒光。復旦大學張凡教授團隊通過把CX系列染料中類似羅丹明的對稱結(jié)構(gòu)換成不對稱的類似Rhodol結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)制了系列新型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(tài)時因其較大的供電子能力差異，染料的光學性質(zhì)具有非常明顯的區(qū)別，處于烷基化的羥基染料沒有近紅外二區(qū)熒光發(fā)射，當羥基處于氧負狀態(tài)時，染料具有較強的近紅外二區(qū)熒光發(fā)射，因此，通過調(diào)節(jié)羥基的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）性質(zhì)即可構(gòu)建傳感探針。經(jīng)過系列性質(zhì)測試，他們選擇了系列染料中的Chrodol-3用于探針的構(gòu)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(xiàn)近紅外二區(qū)熒光off-0n的調(diào)節(jié)。在體外測試中，PN910對H₂O₂和ONOO^-的響應表現(xiàn)出優(yōu)秀的pH依賴性，活體實驗中，PN910可以實現(xiàn)對膀胱炎和腸炎的活體實時監(jiān)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(fā)表在 《Angewandte Chemie International Edition》頂級期刊上。

   
        該工作通過構(gòu)建對堿性和ROS/RNS雙重響應的探針PN910，實現(xiàn)了對堿性環(huán)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(xiàn)多種其他疾病標志物的檢測。研究項目構(gòu)建了系列新型NIR-II熒光染料，通過對其羥基修飾調(diào)控分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）進而構(gòu)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.
 
| 儀器推薦  
        文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)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(jiān)測實驗。該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)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(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。自主開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，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(tǒng)應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。