《Smart Molecules》：Alkyl chain elongation engineering: Unlocking high-brightness NIR-II O-xanthene dyes for in vivo bioimaging
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近红外二区（NIR-II, 1000–1700 nm）荧光探针是先进成像的重要工具，其性能由摩尔消光系数（ε, molar extinction coefficient）、荧光量子产率（Φ, quantum yield）与亮度（brightness, ε×Φ）
近红外二区（NIR-II, 1000–1700 nm）荧光探针是先进成像的重要工具，其性能由摩尔消光系数（ε, molar extinction coefficient）、荧光量子产率（Φ, quantum yield）与亮度（brightness, ε×Φ）共同决定。然而，实现高亮度仍具挑战。研究人员报道了SCU-OX-Hex，一种以O-呫吨（O-xanthene）为受体、N-烷基化苯胺为供体的供体–受体–供体（D–A–D, donor–acceptor–donor）探针。延长N-烷基链可提升Φ与亮度，同时抑制聚集引起淬灭（ACQ, aggregation-caused quenching）。SCU-OX-Hex的ε为1.71×105 M?1 cm?1，Φ为0.57%，亮度达974.7 M?1 cm?1，居于有机NIR-II探针最高水平之一。在体研究中，该探针可实现腹部血管、胃肠道与肿瘤血管生成的高分辨成像；在淋巴结转移模型中，较吲哚菁绿（ICG, indocyanine green）提供更优对比度与分辨率，可辅助术中精准识别。该工作确立了SCU-OX-Hex作为高性能NIR-II试剂的价值，并为下一代探针设计提供可推广策略。
研究背景与立项逻辑
近红外二区（NIR-II, 1000–1700 nm）荧光成像依托更深组织穿透、更高空间分辨与更低自发荧光背景，成为下一代光学影像的重要方向。探针性能瓶颈集中在亮度，而亮度由摩尔消光系数（ε）与荧光量子产率（Φ）共同决定。当前多数有机NIR-II染料存在ε偏低、Φ极低，且分子平面化增强吸收时常伴随π–π堆积与聚集引起淬灭（ACQ），导致亮度和生物成像质量受限。呫吨类骨架虽具高ε与结构可修饰性，但红移至NIR-II后常出现严重荧光淬灭。因此，如何在保持高ε的同时抑制聚集、提升Φ，是领域核心难题。该论文发表于《Smart Molecules》，研究人员提出以O-呫吨为受体、苯胺为供体，构建D–A–D型分子，并通过N-烷基链延长工程调控聚集态，获得高亮度探针SCU-OX-Hex。
主要关键技术方法
研究人员采用Suzuki交叉偶联合成SCU-OX-Me/Et/Bu/Hex系列分子，以核磁与高分辨质谱表征；通过吸收/发射光谱、量子产率与亮度测定比较光物理性能；采用密度泛函理论（DFT）计算前线轨道，结合分子动力学（MD）模拟30分子水相聚集行为；体内实验使用BALB/c小鼠队列，建立腹部血管、4T1乳腺肿瘤周边血管、胃肠道口服示踪及足底接种淋巴结转移模型，以808 nm激发、1100/1200/1300 nm长通滤光片采集NIR-II影像，并与临床染料ICG对照。
结果与结论解读
分子设计、合成与表征
研究人员以O-呫吨为核心、3,6位引入N,N-二烷基氨基苯胺供体，构建D–A–D骨架；随N-烷基链由甲基延长至己基，分子保持刚性平面但空间位阻增大。表征确认结构正确性，系列化合物可在DCE中呈现NIR-I吸收、NIR-II发射。
光物理性质
在DCE中，SCU-OX-Hex具有ε=1.71×105 M?1 cm?1、Φ=0.57%、亮度974.7 M?1 cm?1，优于短链同系物；水相制剂中光谱特征基本保持，且光稳定性优于ICG。链长通过限制分子内运动与调控疏水屏蔽影响Φ，己基在有机溶剂最优，丁基在水相附近表现突出。
理论计算与分子动力学模拟
DFT显示HOMO集中于供体、LUMO集中于呫吨受体，能隙1.89–1.92 eV且链长影响小。MD模拟表明，短链分子形成紧密二聚体（<5 ?），己基链使分子间距均匀>7 ?、聚集更松散，从而削弱有害π–π作用、降低非辐射衰减。
体内NIR-II血管成像
尾静脉给药后，SCU-OX-Hex在腹部血管成像中信噪比（SNR）达3.56，半高宽更窄；>1300 nm滤光下细血管信号比背景比（SBR）与分辨率最优，证明长波采集配合高亮度分子可提升深部血管可视化。
肿瘤周边血管动态成像
在4T1原位肿瘤模型中，研究人员于接种后4、10、17天动态成像，发现肿瘤周边血管逐渐增密、扩张并出现新生血管侵入正常组织；血管半高宽由465 μm增至1223 μm，体现探针监测肿瘤血管重塑与侵袭的能力。
胃肠道成像
口服灌胃后，探针在胃与小肠道清晰显影，1 h小肠形态分辨率高；24 h粪便荧光衰减、脏器无蓄积，说明其主要经胃肠转运与粪排，具备实时消化道示踪与良好清除特性。
转移淋巴结成像与术中导航
足底接种转移模型中，ICG可标坐骨淋巴结但腘窝淋巴结不显影；SCU-OX-Hex在120 min即可同时高对比显示坐骨与腘窝淋巴结，肿瘤侧SBR更高，并引导完整切除转移节点，病理印证肿瘤血管重构增强滞留（EPR）效应驱动富集。
讨论与结论翻译
讨论指出，烷基链延长不改变供体电子能力，而是通过空间位阻疏松聚集、限制分子运动，打破“高ε—低Φ”权衡。结论部分可归纳翻译如下：
研究人员以O-呫吨为受体、苯胺为供体，证明N-烷基链延长可同步提升NIR-II量子产率与亮度。SCU-OX-Hex具备高ε（1.71×105 M?1 cm?1）、Φ=0.57%与亮度974.7 M?1 cm?1，光稳定性与生物相容性良好；在体实验可实现腹部血管、胃肠、肿瘤血管生成及转移淋巴结的高分辨成像与术中识别。该工作建立了基于O-呫吨的可推广分子工程平台，为下一代高亮NIR-II探针理性设计提供依据。
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