碱性环境对于生命活动的维持至关重要，碱性组织中的炎症若得不到及时的诊断和治疗可能会造成严重的后果。例如在碱性组织中，膀胱炎可能会引发肾结石，而肠炎早已被世界卫生组织认定为最难治疗的疾病之一。活性氧（ROS）和活性氮（RNS）是炎症的信号分子，其中过氧化氢（H₂O₂）和过氧亚硝酸根（ONOO^-）是这两类活性物质的主要组成成份。如何在活体中实现碱性环境中ROS和RNS的特异性检测，成为碱性组织炎症诊断的重点。

近日，我系张凡教授研究团队（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）和药学院雷祖海青年研究员（https://www.x-mol.com/groups/Lei_zuhai）利用近红外二区（NIR-II）荧光成像的优势，开发一种碱性和H₂O₂/ONOO^-双重激活的NIR-II荧光探针，并且尝试了膀胱和结肠等炎症的无创诊断。该探针利用硼酸酯荧光探针响应过程中，醌甲基自消除释放荧光染料的pH依赖性，设计合成了在pH大于7.4的环境中，对H₂O₂和ONOO^-高度特异性双重响应的NIR-II荧光探针PN910。为了合成该探针，张凡教授团队首先合成了一系列含羟基的部花菁NIR-II荧光染料（Chrodol），并利用分子内电荷转移（ICT）机理，通过将染料与苄基苯硼酸酯相连，得到了探针PN910。在体外测试中，PN910对H2O2和ONOO-的响应表现出优秀的pH依赖性。之后，他们构建了膀胱炎和结肠炎模型，并对小鼠膀胱以及结肠进行荧光成像，均得到了很好的成像效果。这一研究成果以“ROS/RNS and Base Dual Activatable Merocyanine-Based NIR-II Fluorescent Molecular Probe for in vivo Biosensing”为题发表于《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 26337–26341)。课题组博士生张欣为论文第一作者。

该工作得到了复旦大学化学系、复旦大学先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室、上海市分子催化与功能材料重点实验室、国家重点研发项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会重点基础研究项目等的大力支持。

图1  双激活探针PN910设计策略、响应机理，响应前后光谱变化以及活体传感成像。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109728