【编委专辑】湘潭大学李春艳教授：用于生物成像的近红外小分子荧光探针的研究进展
引用本文：钞静静，王文新，王之卿，等.用于生物成像的近红外小分子荧光探针的研究进展[J]. 化学试剂, 2023,45(6)：52-60.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0893
湘潭大学化学学院教授，博导。2019年入选中国化学会“中国青年化学家元素周期表”，并代言“汞”元素。2016年入选中国博士后科学基金资助者选介，2017年入选湘潭大学韶峰学者学术骨干，2022年入选湘潭市高层次人才。主要从事有机小分子探针设计合成、纳米荧光探针的构建和荧光探针在生化分析中的应用研究。由于构建高性能化学（生物）传感新方法，获湖南省自然科学奖二等奖1项。主持国家自然科学基金面上项目/青年项目、中国博士后基金面上项目/特别资助项目、湖南省教育厅重点项目/优秀青年项目等课题。近年来以第一作者或通讯作者在Analytical Chemistry、Chemical Communication、Biomaterials、ACS Applied Materials & Interfaces、ACS Sensors等国际刊物发表论文72篇，论文他引3643次。获授权的发明专利24项。
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。
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；
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；
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 Structure and reaction mechanism of Cy-N
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。
Fig.2 Structure and reaction mechanism of CyP toward ALP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。
Fig.3 Structure and reaction mechanism of DCX-B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 Structure and reaction mechanism of NIR-BODIPY-Ac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、穿透深度、成像清晰度以及准确度，设计发射波长更长，能检测多种物质的小分子荧光探针仍然是目前的研究重点，在疾病诊断方面具有重要的科学意义和应用前景。
