复旦大学张凡/嘉兴大学汪剑波Angew： 基于空间位阻效应调节分子堆积可产生用于癫痫可视化的近红外二区传感器

荧光传感对于研究生物过程和诊断疾病至关重要，尤其是在背景信号可以变得较弱的第二近红外（NIR-II）窗口中。然而，当人们试图将传感波长延伸到第二近红外（NIR-II）区域以获得更高的成像对比度时，构建“开-关”传感器仍然是一个巨大的挑战，这主要是由于难以合成光谱重叠的猝灭剂。

在本研究中，复旦大学张凡教授和嘉兴大学汪剑波等人提出了一种新的荧光猝灭策略，该策略利用空间位阻猝灭剂（SHQ）来调节荧光团的分子堆积状态并抑制发射信号。密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，大的SHQ可以与荧光团竞争性地堆积并防止它们的自聚集。基于这种猝灭机制，通过SHQ的生物分析物响应性失效实现了一种新的可激活的“关-开”传感方法，即空间-阻碍失效geNerated 发光（SHINE）策略。作为概念验证，对ClO^-敏感的SHQ可导致癫痫小鼠颅骨下海马和高光子散射脑组织中明亮的NIR-II信号释放，为活体癫痫小鼠的ClO^-生成过程提供了实时可视化能力。相关工作以“NIR-II Fluorescence Sensor Based on Steric Hindrance Regulated Molecular Packing for In Vivo Epilepsy Visualization”为题发表在Angew。

【文章要点】

鉴于BODIPY染料优异的光学性质，在此，作者提出构建以AIE为特征的NIR-II BODIPY染料ANB作为分子堆积状态报告子，其中Aza-BODIPY核用作电子受体，而具有给电子和旋转性质的TPA和TPE单元则被作为电子供体。ANB在600 nm至850 nm范围内均具有吸光度，峰值为685/775 nm，摩尔消光系数为2.44-3.73×10⁴ M⁻¹ cm⁻¹。被两亲性mDSPE-PEG2000包封后，ANB在PBS中的量子产率可达0.13%。不仅如此，作者制备了一系列具有不同立体化学结构的空间位阻猝灭剂（SHQ-1~5）（图1）,并与ANB共包封以促使NIR-II信号持续猝灭并达到“关”状态。

图1 ANB及SHQ

密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，与高度聚集的ANB-ANB二聚体相比，具有大立体化学结构的SHQ与ANB的距离更短，分子间相互作用更强，可以与ANB骨架竞争性堆叠，防止ANB直接聚集，从而抑制ANB的荧光信号。基于这种位阻猝灭方法，作者通过禁用SHQ，进一步提出了一种NIR-II可激活的“关-开”传感器，即SHINE策略。根据这一策略，在癫痫小鼠模型中，对ClO^-敏感的SHQ-6失去了空间位阻效应，在小鼠颅骨下海马和高光子散射脑组织中释放出明亮的ANB-SHQ-6肽传感器NIR-II信号，为癫痫的体内评估提供了一种简便的方法（图2）。这种SHINE“关-开”策略高度依赖于空间位阻调节的荧光团堆积状态，为设计可激活传感器提供了一种新的选择。

图2 癫痫可视化

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202403968