用于脂滴成像的可见-近红外区高亮度颜色可调香豆素[3,4-b]BODIPY荧光探针的开发与应用

本研究创新性地开发了一类新型香豆素[3,4-b]BODIPY（C[b]B）荧光探针，通过分子内电荷转移（ICT）工程实现可见-近红外区（NIR）光谱精准调控（吸收531-711 nm，电化学带隙1.35-2.20 eV）。该探针具有高摩尔吸光度（logε>4.8）、超高荧光量子产率（ΦF达95%）及大斯托克斯位移，成功应用于活细胞脂滴（LDs）特异性标记，为代谢性疾病研究提供强大成像工具。

　　

亮点

• 开发新型香豆素[3,4-b]BODIPY（C[b]B）染料家族

• 实现可见光-近红外（NIR）区域颜色可调发射

• 通过HOMO能级调控（-5.80→-4.90 eV）压缩电化学带隙

• 晶体学揭示平面核与扭曲构象（最高18°）的转换机制

合成与表征

如方案1所示，香豆素[3,4-b]BODIPY（C[b]B1-3）的合成路线以商品化4-羟基香豆素4为起始原料，经三氯氧磷（POCl₃）催化与异丁酸回流反应，以57%-64%产率获得3-异丁酰基-4-羟基香豆素衍生物5。后续通过对5的磺酰化及环化反应，首次构建关键中间体吡咯并[3,2-c]香豆素醛7，最终经缩合与氧化闭环三步反应高效制得目标C[b]B染料。

结论

本研究通过简洁可放大的合成路线，成功制备出具有亮度高、颜色可调的香豆素[b]并BODIPY染料。晶体学、电化学与理论计算共同证实：通过外围供体取代精准调控HOMO能级（而非LUMO）是实现能带隙窄化的核心策略，在保持激发态还原能力的同时实现显著红移。所得染料兼具大斯托克斯位移、近红外发射及优异光稳定性，在活HeLa细胞中展现出对脂滴的特异性标记能力与低细胞毒性，为代谢性疾病研究提供新型成像工具。