近日，永利皇宫赌场-澳门永利皇宫赌场
钱旭红院士、杨有军教授团队构建了基于“电场量子限域效应”的超吸收花菁染料。该研究工作提出了一种用于提升染料摩尔消光系数的理性设计方法，对Cy3/5/7/9四个系列的染料进行合理分子改造，成功构建一个摩尔消光系数高（亮度高）、稳定性好的花菁染料库，并成功实现小鼠肾脏组织高精度三维成像。相关成果以“Super-Absorbing Quantum-Confined Cyanine Dyes for Near-Infrared Confocal Imaging of Hierarchical Nephron Structures”为题发表在J. Am. Chem. Soc.（//doi.org/10.1021/jacs.5c13660）上。
生命是一个三维的、动态的复杂系统。现代生物学与医学研究迫切需要能看清整个器官乃至活体内部的精细结构。波长超过800nm的近红外光，在生物组织中吸收少、散射弱，具有更大的组织穿透深度，是高精度活体成像的最理想的光谱区间。然而，现有近红外染料亮度低（摩尔消光系数×荧光量子产率），活体成像的分辨率低，同时近红外染料稳定性差，无法满足长时程活体成像需求。因此，领域亟待开发荧光亮度高、稳定性好的荧光染料。受限于能隙定律，近红外染料的荧光量子产率难以进一步优化。作者提出对近红外染料的摩尔消光系数进行强化，从而提升亮度。
研究团队对不同种类的已知染料进行系统性构效关系分析，提出了一条创新的染料摩尔消光系数强化策略——“电场量子限域效应”。简而言之，染料分子在溶液中会与极性的溶剂分子相互作用，这会干扰电子云在染料骨架的对称分布，降低染料的跃迁偶极矩，导致其“吸光能力”大幅下降。在染料骨架的两个端位引入立体位阻保护基团，可有效屏蔽溶剂分子通过自身电场对染料分子的轨道分布的干扰，实现染料分子的电场量子限域，潜在可大幅提升其摩尔消光系数。
作者进一步展示了如何利用“电场量子限域效应”对染料进行性能强化：（一）理论计算确定染料分子的HOMO/LUMO轨道分布；（二）确定染料分子易受溶剂环境干扰的关键位点，对于Cy7染料而言，关键位点为C-2/C-4/C-5；（三）在关键位点分别引入大体积的立体绝缘基团。基于上述的三步法，研究团队成功构建了一个包含Cy3/Cy5/Cy7/Cy9等四个系列共46个花菁染料分子。通过对染料库分子的构效关系研究，验证了该策略的可行性和普适性。其中，有多例花菁染料的摩尔消光系数高达4×105 cm-1M-1，远高于领域内已发表的分子。作者将其称为超吸收染料。此外，有3例Cy7/Cy9染料甚至具有5×105cm-1M-1以上的摩尔消光系数。这些立体绝缘基团还极大提升染料的稳定性。
这类超吸收花菁染料具有高亮度、高稳定性、高生物相容性的特点，为高散射介质（如动物组织）的高分辨率三维成像提供了新工具。研究团队利用染料7对小鼠肾脏进行成像，不仅能区分皮质、髓质等大区域，更能精确测量出肾小球、肾小管壁乃至内部毛细血管的微观尺寸。并且通过三维重建，观察到的肾小球毛细血管网络和进出球动脉血管壁等精细结构。
该论文的第一通讯单位为华东理工大学，通讯作者为永利皇宫赌场
杨有军教授，共同第一作者为永利皇宫赌场
博士研究生章宇扬、王冰雅。工作还得到了钱旭红院士的悉心指导。华东师范大学罗潇研究员、上海中医药大学葛广波教授对工作的开展给与大力帮助。本研究还得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科委以及高校基本科研业务费和生工国重室开放课题的支持。
原文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c13660
