朱为宏团队在近红外荧光染料及生物应用研究方面取得新进展

近期，教育部前沿科学中心郭志前和朱为宏教授课题组在近红外荧光染料构建生物分子检测平台的研究中取得了重要进展，相关阶段性研究成果分别发表于《自然-通讯》与《德国应用化学》。

近红外荧光染料在生物医学领域具有非常广阔的应用前景，特别是利用荧光探针对生物分子定量检测已经成为研究热点和焦点。迄今为止，在高度异质和动态的生物活体环境中，如何消除荧光探针信号易受到目标分子和其他因素（如探针浓度、激发光功率和细胞环境）的影响，精准获取生物分子的定量信息一直是重大挑战。

该课题组创新构建了发光性能可调控的分子砌块，突破传统光化学中仅能最低激发态分子发光的卡莎规则，建立了一种具有双发射的高性能染料普适性设计策略，即巧妙地设计了发光性能可调控的染料分子砌块IFC (Integrated Fluorescein with Chromene) ，基于螺环开关的特异性响应实现卡莎/反卡莎性能调控，即来自激发态S₂的反卡莎荧光信号可通过螺内酯开关进行调节，而来自激发态S₁的卡莎近红外荧光信号则保持不变。进一步，以分子工程化思想，发展设计了多个内标比率型的近红外双发射高性能染料，实现了对细胞、生物活体中多个活性物种的精准、定量检测。这种基于可激活反卡莎荧光机制的全新设计策略拓展了生物体内比率型定量检测平台，为基础生命科学和临床研究提供了强有力工具。这种基于IFC分子砌块的设计策略，在发光机制上为发展具有双发射的高性能染料分子设计提供了具有普适性的策略指导，应用性能显著提升，相关的研究成果以“De novo strategy with engineering anti-Kasha/Kasha fluorophores enables reliable ratiometric quantification of biomolecules”为题发表在《自然-通讯》 (Nat. Commun. 2020, 11, 793)上。

该课题组一直致力于突破染料革新应用中的关键技术，开展高性能、高附加值的荧光染料创制和应用基础研究，在发展高性能近红外荧光染料方面取得了阶段性的成果。基于分子结构设计源头创新，构建了具有自主知识产权的高稳定性、长波长染料新母体―喹啉腈单元体系，有效提升量子效率等应用性能，解决了染料波长拓展与效率提升难以兼顾的困境，显著提升其应用拓展性能。最近，课题组受邀在《德国应用化学》上发表“High-Performance Quinoline-Malononitrile Core as Diversity-Orientated AIEgens”的综述，围绕课题组所发展的喹啉腈染料新母体，系统介绍了其聚集发光响应机制、波长和形貌调控、纳米化宏量制备以及在生物成像方面构建可激活型荧光探针等，Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.201913249。