由于近红外荧光成像技术在生物成像方面应用,而传统近红外荧光探针自身存在许多局限性, 如光稳定性差、 水溶性不好、 荧光量子产率低等, 因此发展新型小分子荧光探针并应用于生物学成像研究中,现仅对几类传统的和近红外荧光探针进行简要的分类介绍。
1. 菁类近红外荧光探针:菁类( Cyani ne, Cy) 染料的菁类染料含有通式R2N一( CH=CH) n_CH=N+R2, 在两个N杂原子间有奇数个C原子, 且键长均匀分布。 菁类染料具有摩尔吸光系数高、 结构可修饰性强、 光谱范围易于调节等优点,
2. 吡咯氟硼类近红外荧光探针:氟硼吡咯( BODI PY) 类荧光染料 , 是一种多功能性的荧光剧。 该类染料许多性质与菁类染料**类似: 不带电荷、 摩尔吸光系数高、 荧光不易受所处环境影响、 斯托克斯位移小等。 由于氟硼吡咯类染料中硼桥的引入, 增加了分子的刚性, 使分子中的双键不能任意旋转和发生顺反异构化,因此荧光量子产率和光稳定性较菁类染料高,。 BODIPY染料( 图2, 4. 1) ,激发波长和发生波长分别为505 am和516 am, 同样不能满足近红外荧光检测的要求。 BODI PY可修饰位点多, 可以通过多种方法调节其光谱范围, 如在BODI PY母体中引入共轭结构, 如乙烯基 、 芳基[ 、 炔基 等( 图2, 4. 2, 4. 3, 4. 4) 或是使用氮原子取代BODIPY中桥碳原子, 都可以诱导BODIPY光谱红移( 图2, 4. 5) 。此外, 改变硼原子配体结构也可以影响染料的荧光性质, 如图2中化合物4. 6,
吸收波长可达728 nm, 发射波长达746 nm。
图2
3.罗丹明类近红外荧光探针:
罗丹明染料具有摩尔吸光系数高、 荧光量子产率高、 光稳定性好、 可修饰性强等优点, 常用的几个罗丹明分子如罗丹明B( Rhodami ne B, ) 、 罗丹明6G( Rhodami ne 6G) 、 罗丹123( Rhodami ne 123, R123) 、 罗丹明110( Rhodami ne110) ( 图3, 5. 1, 5. 2, 5. 3, 5. 4) 乙醇中发射波长分别为568 nm、 558 nm、529 am、524 nm, 均位于可见光区, 调节罗丹明染料光谱常用的方法是在氧杂葸环上引入共轭杂环, 如罗丹明101( 图3, 5. 5) ,乙醇中发射波长可达588 am, 但仍无法满足近红外荧光检测的要求; 在罗丹明9位C原子上引入强吸电子基女[ I ( CF2) n、 氰基等( 图3, 5. 6, 5. 7) , 也可以达到使光谱红移的目的, 但产物合成复杂, 可修饰性差; 一种使罗丹明染料光谱红移的策略是用Si 、 Te、 P等杂原子替代罗丹明分子中的O桥原子 ,
图3
4.复合类近红外荧光探针:传统的的荧光染料( 如香豆素、 罗丹明、 BODI PY) 光谱范围均位于UV/ Vi s光区, 而菁类染料可以方便的通过延长共轭一CH=CH. 的链长而达到使光谱红移的目的。我们将其分类为复合类染料。 具有代表性的如Ri chard等人将香豆素与菁类染料片段相连得到的水溶性染料( 图4, 6. 1) 乙醇中**吸收和**发射波长分别为643 nm和659 nm。 将氧杂蒽染料结构片段与菁类染料的结构片段相连, 合成长沙近红外荧光染料( 图4, 6. 2) 和湖大近红外荧光染料( 图4, 6. 3), 发射波长分别为731 nm和718 nm。 还将BODI PY染料与菁类染料的结构片段相连, 合成得到的新染料分子( 图4, 6. 4) 发射波长为708 nm。
图4
5.其他类近红外荧光探针
除了以上几类近红外荧光染料外, 文献中还报道了一些其他类型的近红外荧光染料, 方酸类, ( 图5, 7. 1) 、 苯并吩嗯嗪类 ( 图5, 7. 2) 、 萘酰亚胺类 ( 图5, 7. 3) 等。
图5
SiR-PEG4-BCN硅基罗丹明-四聚乙二醇-环丙烷环辛炔
SiR-PEG4-Maleimide硅基罗丹明-四聚乙二醇-马来酰亚胺
SiR-PEG4-NHS ester硅基罗丹明-四聚乙二醇-琥珀酰亚胺酯
SiR-PEG4-tetrazine硅基罗丹明-四聚乙二醇-四嗪
SiR-PEG4-DBCO硅基罗丹明-四聚乙二醇-二苯基环辛炔
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