用于生物成像的近红外小分子荧光探针的研究进展

背景介绍小分子荧光探针具有灵敏度高，生物相容性好，样品损伤小等优点，在疾病相关的生物分子检测领域显示出巨大潜力。但是，大部分的荧光探针发射波长短，斯托克斯位移较小，限制了其在生物成像中的应用。近年来，越来越多具有较长波长的近红外荧光探针被开发出来，用于疾病相关的生物分子的成像检测。文章亮点1对不同结构的荧光探针进行分类讨论，系统介绍了以花菁、半花菁、氧杂蒽和氟硼吡咯染料为荧光团的近红外探针的研究进展；2简要概述近红外小分子荧光探针在对生物分子识别过程中的作用原理和生物成像领域的应用；3为荧光探针的性能提升和未来发展提出新的研究思路。内容介绍1基于花菁染料的近红外荧光探针花菁染料是由两个氮原子为杂环核组成的一种多甲川染料的衍生物，因其独特的共轭骨架而处于近红外发射窗口。同时，花菁染料还具有结构易于修饰、荧光量子产率较高、摩尔消光系数大等优势，因此被广泛应用于荧光探针中。图1

探针Cy-N的结构和响应机理Fig.1

StructureandreactionmechanismofCy-N2基于半花菁染料的近红外荧光探针半花菁通常由氮杂环阳离子（电子受体），含有末端羟基、烷氧基或氨基取代的苯环（电子供体）以及共轭双键组成，由此形成D-π-A共轭结构。由于分子内供体和受体之间存在电荷转移（ICT），它还具有摩尔吸光系数大，荧光量子产率较高等优点。目前，基于半花菁染料的荧光探针广泛应用于复杂生物体系中疾病相关的生物分子的识别。图2

探针CyP对碱性磷酸酶(ALP)的响应机理Fig.2

Structureandreactionmechanismof

CyPtoward

ALP3基于氧杂蒽染料的近红外荧光探针氧杂蒽类荧光染料，包括罗丹明和荧光素，通常具有荧光量子产率高、光稳定性好、易于修饰等优点，然而其发射波长在紫外/可见光范围内，难以直接用于活体成像。近年来，对氧杂蒽染料进行结构修饰，从而得到具有长发射波长和较大斯托克斯位移的荧光探针，广泛应用到疾病相关的生物分子的荧光检测。图3

探针DCX-B的结构和响应机理Fig.3

StructureandreactionmechanismofDCX-B4基于氟硼吡咯染料的近红外荧光探针氟硼吡咯（BODIPY）荧光染料是由硼氮六元杂环和两侧吡咯环组成。其通常具有较高的荧光量子产率和光稳定性，对pH和溶剂不敏感等优点。基于氟硼吡咯的荧光探针的光学性质能随修饰基团的改变而发生变化，是一类具有应用前景的荧光探针。图4

探针NIR-BODIPY-Ac的结构和响应机理Fig.4

StructureandreactionmechanismofNIR-BODIPY-Ac5总结与展望本文总结了基于花菁、半花菁、氧杂蒽和氟硼吡咯染料的近红外荧光探针。它们都具有近红外的吸收和发射，良好的灵敏度和生物相容性，并成功应用于细胞和生物体中各种与疾病相关的生物分子的检测。此外，仅对一种物质有响应的荧光探针在疾病相关的生物分子的检测中存在误差较大的问题。为了提高检测的准确度，对两个或多个物质有响应的近红外荧光探针有待开发。因此，为了实现与疾病相关的生物分子的高效检测，提高灵敏度、穿透深