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化学发光是一种通过化学反应将化学能转化为光能的发光机制。利用化学发光的方式进行活体成像可以避免外部激发光以及自身荧光的干扰，大大的提高了组织穿透深度以及成像分辨率，逐渐成为体内炎症以及肿瘤微环境检测的重要手段。然而，传统的有机小分子化学发光探针其发射的波长主要集中在400-650 nm范围内，位于该波段的光子在组织中存在严重的光散射和信号损耗，大大降低了活体成像的组织穿透深度以及成像信噪比。近年来研究人员发现位于近红外二区（NIR-II, 900-1700 nm）的光信号在组织中的散射和吸收大大减少，具有较深的组织穿透深度以及较高的空间分辨率。

为此，宋继彬教授（点击查看介绍）团队设计开发了一种基于Schaap’s二氧杂环丁烷结构的NIR-II有机小分子化学发光探针（CD-950），以用于体内硫化氢（H2S）特异性响应成像。

图1. CRET机理及开发的NIR-II化学发光分子（CD-950）应用示意图

本文要点在于：（1）首次利用化学发光共振能量转移（CRET）的策略将发射700 nm H2S响应的化学发光给体 (Schaap’s dioxetane) 的能量转移至最大发射波长在950 nm的荧光团，进而实现该探针在950 nm的化学发光信号，同时可检测信号持续60分钟左右，其最大的组织穿透深度可以达到1 cm。（2）结合理论计算首次对分子间与分子内化学发光能量转移的差异进行比较与解释。进一步的论证了分子内能量转移效率优于分子间转移。（3）利用该探针可以特异性对小鼠炎症模型中肝脏部位的H2S进行NIR-II化学发光成像分析，同时其成像的信噪比也比NIR-II荧光成像模式高出5倍。

综上所述，这项工作首次构建了NIR-II 有机小分子化学发光探针以及利用该探针实现活体内H2S特异性响应成像。

相关论文在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 上。

Design and synthesis of a small molecular NIR-II chemiluminescence probe for in vivo-activated H2S imaging

Zhongxiang Chen, Lichao Su, Ying Wu, Jianyong Liu, Rongrong Wu, Qian Li, Chenlu Wang, Luntao Liu, and Jibin Song

PNAS, 2023, 120, e2205186120, DOI: 10.1073/pnas.2205186120

通讯作者介绍

宋继彬，北京化工大学特聘教授、博士生导师。2014年博士毕业于新加坡南洋理工大学，之后在美国国立卫生研究院（NIH）从事博士后研究，方向为生物医学成像分析。目前课题组主要研究方向为：光学探针、生物分析、活体成像、药物载体等。现主持国家自然科学基金联合基金重点项目，面上基金、特聘教授启动基金等项目。迄今已以第一/通讯作者发表论文130余篇，主要包括了Nat. Protoc., Nat. Commun., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等。

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