在国家重点研发计划 “近红外二区活体荧光成像试剂研发与生物医学应用”（2021YFF0701800）项目的大力支持下，上海交通大学化学化工学院张书宇团队通过设计“开关策略”和“支架策略”，合成了SJ-Cy15s（共轭链长15碳数）系列探针。

首次实现了吲哚菁类分子超过1200纳米吸收发射主峰，可修饰共轭链的模块化设计合成，最长可至1287纳米的荧光主峰，117.1M^-1cm^-1的高亮度，以及6.79的高信噪比NIR-IIb小鼠后肢血管成像。

相关成果以“Indocyanine polymethine fluorophores with extended π-conjugation emitting beyond 1,200 nm for enhanced NIR-II imaging”为题发表在2025年3月10日的Chem期刊上。

恶性肿瘤是威胁我国居民健康最主要的重大疾病之一，然而介于目前缺乏对于隐匿肿瘤的精确检出技术，当前手术切除仍难以实现肿瘤病灶的完全清除。因此，设计合成具有优异光物理性质，高灵敏度的探针成为迫切需求。荧光检测技术具有高灵敏度，高特异性的优势。

有机小分子荧光探针由于其优秀的生物兼容性与较小的生物毒性，以唯一被FDA批准用于临床的吲哚菁类NIR-I荧光探针吲哚菁绿（ICG）为代表，在血管造影、肝功能检测、心血管检测等生物成像领域被广泛研究。

近红外二区（NIR-II, 1,000-1,700nm）荧光成像相对于传统可见光区以及近红外一区（NIR-I, 700-900nm）荧光成像具有更深的组织穿透深度以及接近于零的组织背景荧光，更适合实现更深层组织，更高信噪音比的成像需求。

然而，当前的NIR-II有机小分子荧光探针具有荧光波长不足、链长合成难度大、共轭链长易产生对称破缺、亮度不足等瓶颈问题和挑战。

图1：吲哚菁类荧光分子的结构以及发射波长。

在这项工作中，作者设计了SJ-Cy15骨架，通过“开关策略”、“支架策略”实现了长共轭链探针的模块化合成；同时引入了多个链上修饰位点，通过电子效应、位阻效应调控，抑制了分子的键长交替以及对称破缺。

基于DFT以及TD-DFT计算模拟，得到了分子的基态结构以及垂直激发能，实现对于分子吸收波长、键长交替的计算，预测了分子光物理性质，辅助分子的设计。

作者通过创新的合成路径设计，实现了4步高效合成。合成了10种Cy15分子，实现了1176-1287纳米可调荧光主峰发射，量子产率最高可达0.048%，亮度最高可达117.1M^-1cm^-1。

图2：Cy15的合成路径。

图3：Cy15s在DCM中的吸收、发射光谱以及在不同溶剂中的吸收光谱。

图4：Cy15基态结构以及前线轨道计算模拟。

为了满足生物应用的需求，作者使用了DSPE-mPEG进行了胶束包裹。使用了SJ-1249以及SJ-1271两种Cy15分子，筛选了最佳DSPE-mPEG包裹浓度。与ICG做对比，测试了SJ-1249胶束的光稳定性、不同长通滤光片下的亮度、脂肪乳穿透深度。

使用了CCK-8方法，与小鼠乳腺癌细胞（4T1）进行了12小时共孵育实验，证明了Cy15胶束有较小的细胞毒性。生物成像应用上，作者进行了Balb/C裸鼠的血管成像，在1500纳米长通的成像条件下，实现了6.79信噪比的小鼠后肢血管成像。

此外，作者进行了Balb/C裸鼠的原位乳腺癌肿瘤成像，基于Cy15胶束的高渗透长滞留效应（EPR）进行了被动靶向，实现了原位乳腺癌以及周围血管的NIR-II成像。

图5：Cy15胶束构筑以及与ICG对比。

图6：Cy15胶束小鼠血管成像。

图7：Cy15胶束小鼠原位乳腺癌成像。

作者提出的近红外探针共轭链SJ-Cy15骨架，延长了荧光波长，实现了长共轭链高效合成，降低了对称破缺，提供了NIR-II探针全新设计合成思路。为优化深层组织生物成像方法学，以及肿瘤研究提供重要参考。

论文通讯作者是张书宇、吴迪，第一作者是葛瑞天。同时作者感谢上海交通大学涂永强教授，樊春海教授以及李富友教授的建设性建议。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102489