花菁染料是目前应用最广泛的近红外荧光染料之一，广泛应用于体内成像、光热治疗和手术导航等领域。虽然这些染料具有消光系数高、生物相容性好和合成简易等优势，但它们大多是“常亮型”荧光分子。此类“常亮型”花菁染料利用传统方式构建近红外荧光探针时难以完全猝灭探针本体荧光，容易导致成像对比度差以及体内的非特异性响应。因此设计具有可激活低本体荧光近红外花菁探针仍具有挑战性。近日，来自南开大学的熊虎团队通过外边臂5-exo-trig环化方式，提出了一种可制备“零”本体荧光花菁探针的普适性策略。

图1. 外边臂5-exo-trig环化策略构建低本体荧光花菁探针。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

“响应型”荧光探针，即在未与目标分子反应时荧光猝灭，结合目标后才被激活发光，从而提升成像的信背比实现信号监测。但已有策略大多存在荧光猝灭不完全、受环境干扰显著等问题。因此，开发稳定、低背景荧光、响应灵敏的近红外探针具有重要研究意义。该团队利用分子内环化方法调节花菁探针的本体荧光，使其在生理环境pH下表现出稳定的非荧光环化形式，且不受环境极性和蛋白质相互作用的影响，从而减少假阳性荧光信号。利用此策略设计的多种探针分别与各种生物标志物响应后，包括甲基乙二醛（MGO）、羟基自由基（•OH）以及三磷酸腺苷（ATP），它们可以迅速转化为荧光开环结构，表现出显著的近红外荧光增强（高达163倍）。

图2. 不同生物标志物响应探针结构及响应后荧光增强倍数。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

此外，该团队成功将这一策略扩展到三种ATP激活的NIR-II花菁探针以及利用主客体化学的诊疗一体化探针（57）上。诊疗一体化探针57不但可以实现炎症性肠病中ATP的高信倍比（信背比48/1）灵敏监测，而且它也能精确检测粪便中的细胞外ATP，利用粪便实现对炎症性肠病的检测。这项工作提出的5-exo-trig环化策略为开发低本体荧光响应型花菁探针提供了一条思路。

图3. 诊疗一体化探针57的设计。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南开大学博士研究生武法璞。

Access to Diverse Activatable Heptamethine Cyanine Probes with Low Intrinsic Fluorescence via 5-exo-trig Cyclization Strategy for High-Contrast Bioimaging In Vivo

Fapu Wu, Bingbing Zheng, Xinyu Qiu, Tao Hu, Yuexia Yang, Kairong Yang, Bijia Zhou, Qian Ma, Dai-Wen Pang, and Hu Xiong

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202423059

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