近红外二区（NIR-II）荧光成像具有穿透深度深、光散射弱等优点已被广泛用于活体深层组织荧光成像。然而由于绝大部分NIR-II荧光染料不具备荧光调控开关，始终处于“常亮”状态，只能用于解剖成像而不能用于特异性传感。因此，创制新型NIR-II荧光染料，在保证其具有NIR-II波长的同时拥有良好的稳定性和荧光可调性能，将可以推动小动物活体特异性传感领域快速发展，但截至目前为止，满足这些条件的NIR-II染料还未曾被报道。

         呫吨类染料和菁类染料具有良好的光学性能被广泛用于生物医学研究中，呫吨类染料亮度高、稳定但波长相对较短，菁染料波长长但稳定性相对差不易调节荧光。复旦大学张凡教授团队通过把CX系列染料中类似罗丹明的对称结构换成不对称的类似Rhodol结构，从而创制了系列新型NIR-II荧光染料Chrodol。此系列荧光染料其羟基烷基化或者处于氧负离子状态时因其较大的供电子能力差异，染料的光学性质具有非常明显的区别，处于烷基化的羟基染料没有近红外二区荧光发射，当羟基处于氧负状态时，染料具有较强的近红外二区荧光发射，因此，通过调节羟基的分子内电荷转移（ICT）性质即可构建传感探针。经过系列性质测试，他们选择了系列染料中的Chrodol-3用于探针的构建。将Chrodol-3的羟基与苄基苯硼酸酯相连，得到了可以对碱性和ROS/RNS双重响应的NIR-II分子探针PN910，该探针与底物反应后可以实现近红外二区荧光off-0n的调节。在体外测试中，PN910对H₂O₂和ONOO^-的响应表现出优秀的pH依赖性，活体实验中，PN910可以实现对膀胱炎和肠炎的活体实时监测。

        这一研究成果于2021年10月以“ROS/RNS and Base Dual Activatable Merocyanine-Based NIR-II Fluorescent Molecular Probe for in vivo Biosensing”为题发表在 《Angewandte Chemie International Edition》顶级期刊上。

   
        该工作通过构建对碱性和ROS/RNS双重响应的探针PN910，实现了对碱性环境中炎症的特异性活体深组织检测。此外，Chrodol系列染料在未来也可以作为平台分子，通过不同的功能化修饰，实现多种其他疾病标志物的检测。研究项目构建了系列新型NIR-II荧光染料，通过对其羟基修饰调控分子内电荷转移（ICT）进而构建NIR-II荧光传感探针并用于小鼠活体传感成像。
 
参考文献：
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.
 
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        文中利用近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST完成了基于碱性和ROS/RNS双重响应型探针PN910对小鼠肠炎的原位监测实验。该小动物活体成像系统功能强大，相机性能优异，多款深度制冷的InGaAs近红外相机可供选择。检测灵敏度高，可实现大视野以及局部小动物高信噪比和高分辨活体成像。自主开发的软件功能一键操作，可实时反映仪器状态，自动化控制，操控与图像处理一体化，终身免费升级。该成像系统应用场景多样化，可用于小动物近红外二区宽场成像、全光谱成像、近红外二区荧光寿命成像，且成像系统采用了模块化设计，成像功能亦可进一步升级扩展X射线激发模块、CT成像模块、三维成像模块、热成像模块、比率荧光测试、多通道成像与原位光谱测试等。该系统可应用于活体小动物荧光手术导航、脏器成像、肿瘤成像、血管成像、淋巴成像、体内植入物的监测、药物追踪与活体原位疾病检测等。