化學(xué)系張凡課題組在近紅外二區(qū)分子探針領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
近日，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系張凡課題組開發(fā)出一類抗淬滅近紅外二區(qū)小分子熒光探針，實(shí)現(xiàn)了活體小動物淋巴循環(huán)的高分辨率長時(shí)間成像和深組織穿透的pH傳感，有望為生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)研究提供新的解決方案。相關(guān)研究論文“Anti-quenching NIR-II molecular fluorophores for in vivo high-contrast imaging and pH sensing”在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。張凡課題組的博士生王尚風(fēng)為論文第一作者。
小分子熒光探針是熒光成像與傳感技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中得以發(fā)揮重要作用的有力工具。近年來興起的近紅外二區(qū)（1000~1700 nm）熒光成像技術(shù)為該領(lǐng)域帶來一次重大技術(shù)變革。相比于傳統(tǒng)技術(shù)采用的短波段（400~900 nm）熒光，近紅外二區(qū)熒光可顯著降低生物組織的散射以及自發(fā)熒光干擾，因而極大地革新了成像分辨率和成像深度。然而限制該技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸是缺乏合適的小分子熒光探針。目前開發(fā)的熒光探針在水中普遍面臨著熒光淬滅，光穩(wěn)定性差等問題，并且缺乏熒光傳感特性，在生物傳感分析中應(yīng)用受限。
針對上述問題，張凡教授研究團(tuán)隊(duì)打破聚集誘導(dǎo)熒光淬滅的傳統(tǒng)慣性思維，發(fā)現(xiàn)溶劑極性增強(qiáng)是誘導(dǎo)熒光淬滅的主要成因，并基于此開發(fā)了系列波長可調(diào)的抗淬滅近紅外二區(qū)花菁染料。與傳統(tǒng)染料相比，該類染料在水中的熒光亮度提升了高達(dá)44倍，并獲得了更優(yōu)異的光穩(wěn)定性，其活體淋巴成像效果遠(yuǎn)勝于金標(biāo)準(zhǔn)染料吲哚菁綠。與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)通過對染料光物理性質(zhì)的深入研究，成功構(gòu)筑了首個(gè)近紅外二區(qū)pH傳感探針，并將其應(yīng)用于無創(chuàng)的4 mm組織深度下胃酸定量檢測。在此過程中，研究團(tuán)隊(duì)克服了長期以來因組織內(nèi)光衰減造成的活體熒光定量分析難的問題，提出了“波長分區(qū)比率熒光”定量分析方法。該方法利用兩個(gè)在組織內(nèi)衰減特征相似的熒光信號進(jìn)行比率校正，同時(shí)結(jié)合體外模擬組織校正曲線，為活體內(nèi)熒光定量分析提供了新的解決方案。
該工作得到了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海市分子催化與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的大力支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-09043-x
圖1. (A) 抗淬滅近紅外二區(qū)分子熒光探針設(shè)計(jì)；(B) 用于活體高分辨率淋巴成像；(C) 活體4毫米深度下進(jìn)行胃酸的無創(chuàng)比率熒光傳感分析；(D) 胃酸pH的精確解析。
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