近日，广西师范大学化学与药学学院2020级高分子化学与物理博士研究生张淑平为第一作者报道了一种通用型近红外荧光/光声双比率分子探针构筑新策略，成功构建可精准定量可视化实体瘤中高度异质性氧分布的近红外荧光/光声双比率型分子探针。利用荧光成像的高灵敏度和光声成像的深穿透能力，同时结合双比率成像，最终实现不同深度实体瘤的精准乏氧可视化检测。    

        近红外荧光/光声双比率型分子探针通常指的是被分析物激活后其荧光光谱和光声光谱同时发生波长偏移。然而，由于以下原因，目前常用的近红外染料还远远不能成为开发高性能近红外荧光/光声双比率型分子探针的理想骨架:（1）普通荧光/光声性能易调控的近红外染料，如含氧半花菁，其吸收和发射波长不够长，在构建近红外双比率探针时无法与目前商业化的活体荧光成像和光声成像仪器相匹配;（2）很多近红外染料是高荧光发射分子，然而其荧光产生途径（辐射跃迁）和光声产生途径（非辐射跃迁）总是相互竞争的，这将不可避免地影响荧光信号与光声信号的输出，所以很难在单个近红外染料母体中平衡荧光与光声的能量分布。   

        鉴于此，该论文提出能量平衡策略，在经典含氧半花菁染料分子结构中，通过硫取代原子的氧原子的简单设计，巧妙地调控了荧光辐射跃迁和光声非辐射跃迁之间的能量平衡，构建双比率型近红外荧光/光声分子探针。由于硫原子取代氧原子，使得该半花菁类探针，展现出双比率型近红外荧光/光声性能；与经典的含氧半花菁染料相比，其吸收与发射波长明显红移，且荧光量子产率明显下降和光声性能明显上升，这一升一降显示探针分子中，荧光的辐射跃迁与光声的非辐射跃迁之间达到能量平衡。

        基于这种优化的含硫半花菁骨架，作者首次设计合成了近红外荧光/光声双比率型硝基还原酶探针，这使得肿瘤缺氧在体内不同深度的精准定量可视化成为可能。探针由一个新的近红外荧光/光声硫杂半花菁和4-硝基苯组成，当被与肿瘤缺氧相关的生物标志物激活时，表现出10倍的近红外荧光信号增强 (I773/I733) 和2.4倍的光声信号增强(PA730/PA670)。

        因此，这一研究不仅设计合成了首例定量和精确监测肿瘤缺氧水平的双比率型近红外荧光/光声探针，也提供了一类很有应用前景的近红外荧光/光声双比率染料骨架，有望应用于其他疾病相关生物标志物的双比率型活体精准定量检测。    

        该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.，张淑平博士导师为广西师范大学沈星灿教授，陈华副教授参与课题指导。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目，广西自然科学基金创新团队资助。

原文：

A General Approach to Design Dual Ratiometric Fluorescent and Photoacoustic Probe for Quantitatively Visualizing Tumor Hypoxia Levels in VivoShuping Zhang, Hua Chen*, Liping Wang, Xue Qin, Bang-Ping Jiang, Shi-Chen Ji, Xing-Can Shen* and Hong Liang

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107076

研究团队简介

广西师范大学沈星灿教授团队长期从事生物材料及其生物效应的研究、纳米材料表/界面性质及其生物效应、具有诊治功能的“智能”生物材料的设计与合成。作为团队成员陈华副教授主要关注染料化学，疾病相关分子探针设计与生物成像研究。