近红外荧光染料的结构、性质及生物荧光成像应用

近红外荧光生物成像技术由于具有深的组织穿透性、低背景荧光干扰、最小生物样本光损伤等特点引起人们越来越多的关注。开发高荧光效率、低毒性的近红外荧光染料是近红外荧光成像技术发展的关键所在。本文综述了五类主要的有机近红外荧光染料(菁类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类、卟啉类)的研究进展,重点分析其结构与光学性质等构效关系,为近红外荧光染料的设计和制备提供指导。另外,总结了有机近红外荧光材料功能化修饰的主要方法以改善生物相容性、靶向性能等,最后对近红外荧光染料存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。     

高亮度近红外荧光染料研究进展

近红外光(650～1700nm)在生物成像中具有组织穿透深度大、受生物体自身荧光干扰小和对生物体光损伤小等优点.因此,近红外染料已成为生物成像新的研究热点.近红外荧光染料较窄的能量带隙使激发态非辐射跃迁几率增大,导致荧光强度大幅降低.同时较长的共轭疏水骨架及强大的分子电荷转移能力,使他们容易与外部分子交互,从而加剧非辐射能量损耗增加,致使荧光强度降低.为了获取高亮度近红外荧光染料,研究人员针对近红外染料做了很多改进和修饰.从荧光染料的结构-性质关系角度,综述了目前主流的高亮度近红外染料的发展情况,希望能为发展高亮度近红外荧光染料提供帮助和指导.     

基于硅杂蒽类染料的荧光探针及其应用

近年来,荧光成像技术为人们研究活体细胞及组织内的化学生物学过程提供了有效的研究工具,可以无损、实时、原位地以高时空分辨率实现对目标物进行生物荧光成像与分析。荧光成像技术在生物学、环境监测、临床诊断和药物发现等诸多研究领域发挥着越来越重要的作用。生物荧光成像技术的最新进展对发展新型小分子荧光染料及探针提出了更高的要求。激发和发射波长位于近红外光区（600~900 nm）的荧光染料及探针由于具有光毒性低、生物分子自发荧光干扰小、光散射低、组织穿透能力强等优点,非常适合用于生物荧光成像领域。通过将罗丹明分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子--硅杂蒽类荧光探针。这类染料分子在保留了氧杂蒽荧光染料优越的光学性质的同时,光谱发生明显红移,满足了近红外荧光检测的要求,具有良好的生物相容性。本文综述了近年来基于硅杂蒽及其衍生物荧光探针的合成及在金属离子、pH值、小分子、生物酶等检测方面的研究进展,并且简要阐述了基于硅杂蒽类探针分子的识别检测机理以及其在生物成像等方面的应用。     

近红外二区荧光探针在生物成像领域的研究进展

荧光技术具有操作简便、分辨率高且可实现实时成像等特点,已被广泛应用于生物医学检测和成像领域,其中,近红外二区荧光染料(NIR-Ⅱ,10001700 nm)由于其发射波长较长,光散射和组织自发荧光干扰较少,在生物组织成像中具有更高的时空分辨率和更深的成像深度。 本文主要介绍了基于近红外二区荧光探针的设计原理及其在生物成像领域的研究现状,并对其发展作了进一步展望。     

半花菁染料用于分子影像的研究进展

分子影像广泛用于基本的生物学过程研究,众多疾病诊断、治疗策略设计以及疗效评估.半花菁染料具有良好的光物理性质、生物相容性和对生物系统的低毒性,是一种比较理想的生物成像试剂.近年来,出现了大量基于半花菁染料的探针用于分子成像的研究工作.该文系统地介绍了基于半花菁染料的探针用于荧光和多模态成像的研究进展,详细地介绍了这些可...     

BODIPY类近红外荧光染料的研究进展

近红外BODIPY分子是一类新兴的荧光染料,因其具有优异的光物理和光化学性能而得到广泛的研究,已成为一个新兴的研究热点。本文综述了近年来BODIPY类近红外荧光分子的设计、合成及应用的最新研究进展,并展望了其未来的发展方向和应用前景。     

BODIPY类近红外荧光染料的研究进展

近红外BODIPY分子是一类新兴的荧光染料, 因其具有优异的光物理和光化学性能而得到广泛的研究, 已成为一个新兴的研究热点。本文综述了近年来BODIPY类近红外荧光分子的设计、合成及应用的最新研究进展, 并展望了其未来的发展方向和应用前景。     

两亲性双硫键双菁染料的合成及谷胱甘肽响应荧光性质研究

菁染料具有优秀的光学性质,常用于肿瘤组织的实时可视化荧光成像。但普通菁染料成像背景较高,对肿瘤组织的靶向能力差。将菁染料自组装成纳米粒子可使染料形成聚集并实现荧光淬灭（聚集淬灭效应）,降低其在普通组织的成像背景;同时,纳米粒子的高渗透长滞留效应（EPR效应）可提高染料对肿瘤组织的靶向能力。本文设计合成了一种双硫键双菁染料（SO₃Cy7-ss-Cy7.5）,该染料由于两亲性的特性易在水溶液中自组装成纳米粒子,荧光淬灭高达92%;当纳米粒子与谷胱甘肽（GSH）响应后,淬灭的荧光逐渐恢复,最终实现16倍的荧光强度增强。因此,该双菁染料具有良好的肿瘤组织高分辨成像潜力。      

基于抑制扭转的分子内电荷转移(TICT)提升有机小分子荧光染料亮度及光稳定性※

有机小分子荧光染料研究已有170余年历史, 其结构和性能随着合成方法和应用需求的发展而不断革新, 已被广泛应用于荧光标记、探针和生物成像中. 近年来发展起来的超分辨荧光成像技术对有机小分子荧光染料的亮度、稳定性和开关性能等均提出了更高的要求, 这为染料发展带来了新的机遇. 当前, 化学工作者也将更多精力聚焦在染料结构改造提升有机小分子荧光染料的亮度与光稳定性. 激发态扭转的分子内电荷转移(TICT)是有机小分子荧光染料中主要的非辐射衰减途径之一. 因而, 抑制TICT能够很好地提升染料的亮度和光稳定性, 并成为目前针对超分辨成像技术发展高亮度和光稳定性的有机小分子荧光染料的主要方法. 本综述首先简要回顾了TICT的机制和发展过程, 而后重点介绍近些年通过抑制TICT策略来提升不同结构有机小分子荧光染料光谱性能方面的进展.     

吲哚菁绿在生物成像与医学工程中的应用进展

吲哚菁绿(ICG)是一种阳离子型花菁类染料,具有毒性低、亲和力高、荧光发射位于近红外区等优点。因此,作为一种可临床使用的近红外有机荧光染料,其已被广泛应用于生物成像、疾病诊断等领域。本文从吲哚菁绿的临床应用和肿瘤诊断治疗展开论述,通过实例全面介绍ICG的相关信息。     

手术导航用荧光探针

荧光成像技术因具有操作简便、分辨率高、安全性好且可实时成像等优势,在术中导航中具有广阔的应用前景。虽然目前还没有靶向荧光探针在临床上得到批准,但已经有相当一部分荧光探针进入了临床试验阶段。最早进入临床试验的是一些偶联肿瘤靶向配体的荧光染料,例如近红外菁染料(IRDye800CW)标记的肿瘤特异抗体,叶酸标记的异硫氰酸荧光素(EC17)等。近来,结构更复杂的荧光探针如酶反应激活型探针和PET/荧光双模态探针也逐步进入临床试验。本文依据近年来手术导航用荧光探针的最新研究进展,分别就受体介导的靶向荧光探针、可激活型靶向荧光探针、近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光探针、多模态荧光探针和诊疗一体化探针进行了分类讨论,重点对正在进行临床研究及具有临床转化前景的荧光探针的分子设计原理进行了分析与总结,并对手术导航用荧光探针未来的发展进行了展望。     

主族元素取代的罗丹明近红外荧光染料探针

近红外荧光染料探针因其信噪比高、组织穿透力强、对生物样品光损伤小等优势,在生物荧光成像领域备受瞩目.主族元素取代的罗丹明染料探针,不仅具有生物样品适用的近红外光谱性质,同时还保留了传统罗丹明的诸多优点,其中以硅原子取代的罗丹明分子中的氧原子而形成的硅基罗丹明染料探针最为突出.基于其优越的近红外光化学性质,硅基罗丹明染料探针已经广泛应用于生物样品的荧光识别成像.主族元素取代的罗丹明近红外荧光染料探针的发展,丰富了荧光染料探针的种类和数量,拓展了荧光染料探针的应用.本文综述了近年来主族元素取代的罗丹明染料的发展,主要探讨了探针的设计思路、荧光信号调控机制及其近红外成像应用.     

近红外二区有机小分子荧光探针

荧光成像凭借灵敏度高、特异性强等诸多优势在重大疾病的诊疗领域发挥着重要作用.然而传统的近红外一区（NIR-I,700~900 nm）荧光成像存在组织穿透性差等问题,限制了其临床应用.近红外二区（NIR-II,1000~1700 nm）荧光成像可以极大地减弱生物组织对光的吸收、散射和自发荧光,从而显著提升成像深度及成像效果.在众多NIR-II荧光探针中,有机小分子由于具有毒性低、代谢快等优点正成为该领域的研究热点.作者以近年来NIR-II有机小分子荧光探针的发展为主体,概括了提升探针荧光量子产率的策略,分别就可激活型、多模态成像型和诊疗一体化型NIR-II荧光探针进行分类讨论,系统介绍了近年来该领域内的研究成果,并针对NIR-II荧光探针未来的发展进行了展望.     

二氧化硅-共聚物杂化荧光纳米材料用于动物活体成像

以氧化硅(SiO_2)前驱体与三嵌段共聚物F108合成较小粒径的SiO_2-共聚物杂化纳米体系(SNP),并与高效近红外发射的疏水染料M507自组装,构建了近红外发光纳米探针M507@SNP。同时,研究了M507@SNP的光物理性能和细胞毒性。动物成像实验证明该纳米成像探针可实现活体层次高信噪比的小动物全身成像和前哨淋巴结的指示。     

双光子荧光探针研究及其应用*

双光子荧光显微成像兼具诸如近红外激发、暗场成像、避免荧光漂白和光致毒、定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低生物组织吸光系数及降低组织自发荧光干扰等特点而显著地优于单光子荧光显微成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。而用于像离子的含量及其对生理的影响、离子参与的生理活动机制、离子与分子的作用、特定分子的分布及其相互作用等方面研究的双光子荧光探针,是实现成像的关键。双光子荧光探针的研究旨在促进双光子荧光显微镜应用的发展,促进生命科学、医学科学的快速发展,同时也带动双光子荧光探针所隶属的化学这一学科的发展。因此对双光子荧光探针的研究具有重要的理论和实践意义。该文综述了双光子荧光显微成像的优点、双光子荧光探针设计的原理及双光子荧光探针在离子分析方面的应用,并展望了这类荧光探针的发展趋势与应用前景。     

二氧化硅-共聚物杂化荧光纳米材料用于动物活体成像

以氧化硅（SiO₂）前驱体与三嵌段共聚物F108合成较小粒径的SiO₂-共聚物杂化纳米体系（SNP），并与高效近红外发射的疏水染料M507自组装，构建了近红外发光纳米探针M507@SNP。同时，研究了M507@SNP的光物理性能和细胞毒性。动物成像实验证明该纳米成像探针可实现活体层次高信噪比的小动物全身成像和前哨淋巴结的指示。     

吲哚七甲川类荧光探针在生物体应用的研究现状

菁染料是一种商品化的近红外荧光染料, 其光谱范围位于近红外区域, 此光谱区域内生物基体光吸收或荧光强度较小, 因此利用菁染料对生物体进行成像, 可以降低背景干扰. 吲哚七甲川菁染料是一类具有代表性的菁染料, 其由吲哚杂环、七甲川链和N-取代基侧链组成, 由于具有溶解性好, 最大吸收波长可调, 摩尔消光系数大等优良的光学性质, 被广泛用于肿瘤靶向治疗、蛋白标记、痕量金属离子检测等生物方面. 以吲哚七甲川为母体, 通过向母体中引入活性基团或改变它们的结构, 使探针具有不同的功能, 这已成为生物领域荧光成像的研究热点. 分别从检测金属阳离子、pH变化、小分子和靶向标记肿瘤细胞、蛋白质等方面综述了近年来用于生物体荧光成像的吲哚七甲川类荧光探针的研究进展, 其中也对荧光探针在生物体内(模型)分布、光学成像及代谢方面进行了介绍, 最后讨论了这类荧光探针存在的问题及发展趋势.     

一种新型咔唑类菁染料黏度荧光探针

合成了一种带有醛基的咔唑类菁染料KQ, 其自身的荧光量子产率较低, 对极性的敏感性小, 且荧光信号不受核酸等生物分子的干扰. KQ对环境黏度有很好的荧光响应, 相对荧光强度随着环境黏度的增大而增强, 并且在1×10^-3~1.3216 Pa·s黏度范围内, 染料的荧光强度与溶液的黏度呈良好的线性关系. 活细胞荧光成像实验结果表明, 染料KQ具有良好的细胞膜通透性, 并可对细胞内不同位置的黏度检测成像.     

细胞内活性小分子近红外荧光成像探针

近年来,随着生命科学的不断发展,人们对细胞内活性小分子在病理、生理等方面的功能研究越来越深入。荧光成像作为一种直观、原位的可视化观测技术在小分子检测方面得到了广泛应用,其中基于近红外分子与纳米探针的荧光成像技术因具有背景干扰低、对细胞损伤小、样品穿透性强、检测灵敏度高等优点,显示了较好的应用前景。本文评述了近年来近红外荧光探针用于细胞内活性小分子成像检测的应用及进展,主要讨论该类方法在活性氧物质、金属离子、H+、阴离子及巯基化合物的分析应用,并对该方法的应用前景进行了展望。     

短波近红外在体荧光分子成像技术最新进展

癌症的诊断迄今所依赖的主要是一些离体检测方法以及超声波、X射线透视、X射线CT、核磁共振成像和PET等影像学技术. 癌症的确诊则以肿瘤组织或病变细胞的形态和其它宏观特征为依据, 这往往是一个侵入性和耗时的过程, 不适于癌症的早期诊断. 这些影像学技术目前也大都难以发现分子水平上的问题. 因此, 迄今癌症的早期诊断仍然是医学界面临的一个空前挑战. 光学成像方法, 特别是荧光成像方法具有对人体无害、非侵入、高灵敏和可进行在体多目标成像的优点, 随着荧光指示物的不断拓展和检测方法的不断创新, 有望在分子和细胞水平上实现癌症的早期诊断. 本文重点介绍了几项有较重要价值及工作在短波近红外区域的在体荧光成像技术的新进展.