基于萘酰亚胺-半菁染料的近红外荧光探针构建及其在活体生物成像中的应用

本研究针对传统萘酰亚胺荧光探针发射波长受限（~550 nm）及水溶性差等问题，通过染料整合策略开发了新型近红外（NIR, 700–1700 nm）萘酰亚胺-半菁荧光团ML-OH/ML-NH2，并衍生出ONOO?、ClO?等特异性探针。该系列探针兼具深组织穿透、低背景干扰及光动力/光热潜能，成功实现疾病小鼠模型活体成像，为生物标志物检测与诊疗一体化提供了新平台。

　　

论文解读

在生命科学和临床医学领域，实时观测活体生物分子动态犹如“给细胞装摄像头”，而传统荧光成像技术却面临两大瓶颈：一是可见光区（400–700 nm）的组织穿透力弱，二是生物组织自身荧光干扰严重。近红外（NIR）荧光成像（700–1700 nm）因其“透视”能力脱颖而出，但现有NIR染料普遍存在结构修饰困难、生物相容性差等问题。尤其令人遗憾的是，明星荧光团1,8-萘酰亚胺虽具有高量子产率和优异光稳定性，但其发射波长长期“卡”在550 nm附近，犹如被锁在蓝色至黄色的“色彩牢笼”中，难以满足深组织成像和光疗需求。

针对这一困境，华东理工大学的研究团队另辟蹊径，将萘酰亚胺与半菁染料“分子嫁接”，构建出新型NIR荧光平台。相关成果发表于《Dyes and Pigments》，论文标题直指核心——通过染料整合策略突破波长限制，实现从分子设计到活体应用的跨越。

研究团队采用三步关键技术路线：首先以4-溴-1,8-萘酰亚胺为起点合成关键中间体ML-4；继而通过Knoevenagel缩合反应构建π共轭扩大的ML-OH/ML-NH₂；最后针对不同生物标志物设计响应性识别基团，开发出系列功能化探针。实验采用紫外-可见光谱、荧光光谱表征光学性能，并借助激光共聚焦显微镜和活体成像系统验证应用效果。

材料与仪器部分显示，研究依托标准化学合成平台，但创新性地将商用原料转化为高性能探针。设计与合成环节揭示设计精髓：通过引入蒽核π桥实现发射波长红移（>700 nm），羟基/氨基修饰则赋予探针环境响应“开关”。

研究成果呈现四大亮点：

1. 光学性能突破：ML-OH/ML-NH₂的NIR发射有效避开组织自发荧光，斯托克斯位移增大减少激发干扰。
2. 多功能探针开发：
   • 过氧亚硝酸盐（ONOO^?）探针ML-ONOO可区分病/健小鼠血清浓度差异
   • 次氯酸（ClO^?）探针ML-ClO实现炎症模型实时监测
   • 蛋白酶CT探针ML-CT具备肿瘤微环境激活特性
   • 缺氧响应前药ML-P同步实现诊断与治疗
3. 治疗潜力验证：荧光团本身表现出显著的光动力（PDT）/光热（PTT）效应，为诊疗一体化奠定基础。
4. 生物相容性保障：探针在生理条件下稳定性优异，且细胞毒性可控。

结论与讨论部分强调，该工作通过“分子手术”成功将传统染料的优势“移植”到NIR领域：

• 染料整合策略打破萘酰亚胺4位单点修饰的桎梏，开辟结构多样性新路径
• NIR-II区（1000–1700 nm）发射潜力为下一代探针指明方向
• ML-ONOO对ONOO^?的动态监测能力为氧化应激相关疾病（如癌症、阿尔茨海默病）提供新型分子工具

尤为重要的是，研究团队Zhixiao Xiong、Yuxin Wu等作者在CRediT贡献声明中明确标注了从概念设计到论文撰写的完整分工，体现严谨的学术规范。这项研究不仅为荧光分子工具箱添加了“中国创造”的新成员，更通过“一材多用”的设计理念，为复杂生命过程的解密提供了多维度研究范式。未来，通过进一步优化探针的水溶性和靶向性，这类NIR平台有望在术中导航、精准给药等领域展现更大价值。