熒光傳感對(duì)于研究生物過程和診斷疾病至關(guān)重要，尤其是在背景信號(hào)可以變得較弱的第二近紅外（NIR-II）窗口中。然而，當(dāng)人們?cè)噲D將傳感波長延伸到第二近紅外（NIR-II）區(qū)域以獲得更高的成像對(duì)比度時(shí)，構(gòu)建“開-關(guān)”傳感器仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，這主要是由于難以合成光譜重疊的猝滅劑。

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的熒光猝滅策略，該策略利用空間位阻猝滅劑（SHQ）來調(diào)節(jié)熒光團(tuán)的分子堆積狀態(tài)并抑制發(fā)射信號(hào)。密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)一步表明，大的SHQ可以與熒光團(tuán)競(jìng)爭性地堆積并防止它們的自聚集?；谶@種猝滅機(jī)制，通過SHQ的生物分析物響應(yīng)性失效實(shí)現(xiàn)了一種新的可激活的“關(guān)-開”傳感方法，即空間-阻礙失效geNerated 發(fā)光（SHINE）策略。作為概念驗(yàn)證，對(duì)ClO-敏感的SHQ可導(dǎo)致癲癇小鼠顱骨下海馬和高光子散射腦組織中明亮的NIR-II信號(hào)釋放，從而提供活體癲癇小鼠中 ClO 生成過程的實(shí)時(shí)可視化。

 

鑒于BODIPY染料優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，在此，作者提出構(gòu)建以AIE為特征的NIR-II BODIPY染料ANB作為分子堆積狀態(tài)報(bào)告子，其中Aza-BODIPY核用作電子受體，而具有給電子和旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的TPA和TPE單元?jiǎng)t被作為電子供體。ANB在600 nm至850 nm范圍內(nèi)均具有吸光度，峰值為685/775 nm，摩爾消光系數(shù)為2.44-3.73×104 M−1 cm−1。被兩親性mDSPE-PEG2000包封后，ANB在PBS中的量子產(chǎn)率可達(dá)0.13%。不僅如此，作者制備了一系列具有不同立體化學(xué)結(jié)構(gòu)的空間位阻猝滅劑（SHQ-1~5）（圖1）,并與ANB共包封以促使NIR-II信號(hào)持續(xù)猝滅并達(dá)到“關(guān)”狀態(tài)。

 

密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)一步表明，與高度聚集的ANB-ANB二聚體相比，具有大立體化學(xué)結(jié)構(gòu)的SHQ與ANB的距離更短，分子間相互作用更強(qiáng)，可以與ANB骨架競(jìng)爭性堆疊，防止ANB直接聚集，從而抑制ANB的熒光信號(hào)?；谶@種位阻猝滅方法，作者通過禁用SHQ，進(jìn)一步提出了一種NIR-II可激活的“關(guān)-開”傳感器，即SHINE策略。根據(jù)這一策略，在癲癇小鼠模型中，對(duì)ClO-敏感的SHQ-6失去了空間位阻效應(yīng)，在小鼠顱骨下海馬和高光子散射腦組織中釋放出明亮的ANB-SHQ-6肽傳感器NIR-II信號(hào)，為癲癇的體內(nèi)評(píng)估提供了一種簡便的方法（圖2）。這種SHINE“關(guān)-開”策略高度依賴于空間位阻調(diào)節(jié)的熒光團(tuán)堆積狀態(tài)，為設(shè)計(jì)可激活傳感器提供了一種新的選擇。