图 基于Schaap's dioxetane的长波长化学发光分子探针的设计及用于活体分子的高分辨化学发光成像

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21874024、U21A20377）资助下，北京化工大学宋继彬教授团队利用分子内化学发光共振能量转移的方法，发展了长波长（>950 nm）化学发光分子探针，并用于活体分子高分辨成像。相关成果以“设计合成小分子近红外II区化学发光探针用于活体内硫化氢响应性成像（Design and synthesis of a small molecular NIR-II chemiluminescence probe for in vivo-activated H₂S imaging）”为题，于2023年2月14日发表在《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS），论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2205186120。

　　基于响应性的光学成像与传感已成为疾病诊断和生物分析不可或缺的技术。化学发光（Chemiluminescence）成像通过化学反应发光，无需外部激发光，可以大大减弱由外部光激发引起的自发荧光和散射。此外，化学发光成像在组织深处亦可表现出优异的灵敏度、微米分辨率和高信噪比。目前发展的化学发光分子探针通常在400 ~ 650 nm波段发射光子。该波段光子易被组织吸收、散射，成像的分辨率以及组织穿透深度都受到制约。因此开发发射强度高的长波段发射（650-1700 nm）小分子探针具有重要意义。

　　研究团队从延长发光波长的思路出发，利用非辐射的方式将能量从短波发射的化学发光供体转移到长波发射的发光团受体，进而构建更长发光波长的单分子化学发光探针。本文选取了衍生后的Schaap's dioxetane分子骨架作为化学发光的给体，将700 nm 发射的化学发光结构通过共价键连接在一个长波长发射的荧光团（> 950 nm）的两侧，构建了一个最强发射在950 nm的单分子化学发光探针（图）。结合实验数据和理论计算，证实了该能量转换效率的可行性及高效性（95%）。进一步利用该探针实现了对小鼠肝损伤部位高表达硫化氢分子的响应性成像，证实了长波长化学发光相较于荧光成像具有更高的信噪比（提高了5倍）和成像时间（>1h）。

　　该研究成果为长波长化学发光分子探针的设计提供了一种新的思路，也为提高活体成像的分辨率及分子测量的准确度提供了新的工具。