近紅外小分子染料在醫學診斷、生物成像、材料科學和工業領域都具有廣泛的應用潛力🏠。目前，這些染料主要是圍繞著傳統的花菁、氟硼吡咯、羅丹明等母體進行開發♻，為了將母體的波長延長至近紅外區域，現行的普遍策略需要通過拓展共軛💀、融合雜原子等手段將分子結構做大🤸🏽‍♀️，不僅導致染料水溶性🤰、生物相容性以及光穩定性的下降✡︎↘️，同時也使得製備變得困難，限製其應用前景🛌🏽。 為解決上述問題，沐鸣平台張凡教授團隊聯合華東師範大學孫海濤研究員團隊探索了一種原子節約型的波長拓展策略，通過在推-拉電子結構中插入一個4π電子的五元環，獲得了一系列小分子量（299-504 Da）🙅🏼🦏，長波長（700-1600 nm）的氨基芴（AF）染料。AF骨架具有基態反芳香性和激發態芳香性，導致了固有的窄HOMO-LUMO間隙🛡，超快的激發態衰減和超高的光穩定性。隨後，研究團隊利用AF染料的小巧結構，通過引入一個羧基，油水分配系數（cLogD）大幅下降，從而獲得了較好的水溶性🌿，減少了生物體內的非特異性相互作用，並通過體內熒光成像結果顯示分子結構和分子量變化對染料藥代動力學的重要影響🪹👨🏻‍🍼。進一步地👫🏻，研究團隊利用小鼠腎損傷模型研究了染料在臨床前診斷中的潛在應用價值，結果表明💂🏼，經過羧基修飾的小分子水溶性結構相比大分子對照結構快6倍的速度檢出腎臟損傷，這一結果證明了AF染料在臨床診斷中的巨大價值🟣。研究團隊表示，AF染料具有良好的細胞滲透性，易於功能化獲得藥代動力學可調性😞，刺激響應特性🐀🧙🏼，使其成為生物成像和傳感的優良工具👺。這一研究促進了反芳香性染料的生物應用，並強調了反芳香性作為一種有效的設計規則⛹️‍♂️🫨，可以克服傳統芳香性體系的局限性。

這一研究成果於2024年3月22日以標題“Ultra-photostable small-molecule dyes facilitate near-infrared biophotonics”（《超光穩定小分子染料推動近紅外生物光子學》）在線發表於Nature Communications（《自然-通訊》）（DOI: 10.1038/s41467-024-46853-0），沐鸣平台為該論文第一通訊單位🧟‍♂️，沐鸣平台博士生晏魁、華東師範大學專職副研究員胡竹斌為該論文共同第一作者，沐鸣平台張凡教授🛻、王尚風青年研究員和華東師範大學孫海濤研究員為該論文共同通訊作者。本研究工作得到了國家重點研發項目、國家自然科學基金委員會、上海市科學技術委員會😷、科學探索獎等機構與項目的大力支持。

圖1. (a) 幾種AF染料衍生物的化學結構👷🏼‍♂️；(b) AF染料和衍生物的活體NIR-II熒光成像情況；(c-e) 染料在各時間點在肝臟和腎臟中的定量熒光信號分布情況；(f,g) 染料的單側腎臟缺血再灌註過程示意圖和活體內NIR-II成像情況；(h) 圖g中兩側腎臟熒光強度比值隨時間的變化過程；(i) 活體NIR-II多光譜熒光成像工作流程示意圖🤙🏼。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-46853-0