🔬【JACS】突破3大瓶颈！14种新型短波近红外（SWIR）荧光染料助力多通道活体成像革命

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📚文章标题：Excitation-Matchable Shortwave Infrared Quinolinium Fluorophores: Decoding Spatiotemporal Interactions with Multiplexed Bioimaging 作者：Yongkang Yao等期刊：Journal of the American Chemical Society 链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c10749

短波红外（SWIR, 1000–2000 nm）成像技术因其深组织穿透力和低背景干扰，正逐步成为多通道活体生物成像的理想选择。然而，传统染料在亮度、光谱分离度和激光兼容性方面存在显著限制，严重制约了其在复杂生物体系中的应用。近期，《美国化学会志》发表的一项研究提出了突破性解决方案：构建一个包含14种新型染料的SWIR荧光库，基于可调节的喹啉阳离子骨架，实现了激发波长可匹配的多通道成像，为解码时空生物交互提供了强有力的工具 1。

🧪一、从“染料核心”出发：构建可调节的喹啉阳离子骨架

传统SWIR染料多依赖吲哚类结构，其激发波长集中在780–800 nm，难以实现多通道成像。本研究创新性地引入喹啉阳离子作为“染料核心”，通过系统性电子给/吸修饰，成功合成了14种喹啉衍生物，仅需两步反应，原料易得，合成简便。

这些衍生物与七甲链结合后，形成了一系列喹啉基SWIR氰碱染料（QC7系列），其最大吸收波长覆盖975–1046 nm，涵盖了980 nm和1064 nm两种常见激光波段。其中，QC7-NEt₂在980 nm激发下亮度最高，而QC7-CN则在1064 nm激发下表现最佳，构成了理想的正交激发染料对。

🌈二、光谱调控与亮度优化：实现高分辨率成像

研究团队通过Hammett参数分析和密度泛函理论（DFT）计算，系统揭示了不同取代基对染料吸收波长的影响规律。电子吸基（如氰基）可显著红移吸收峰，而电子给基则影响较小。

在亮度方面，QC7-NEt₂的亮度高达4005 M⁻¹·cm⁻¹，在N-杂环七甲氰碱染料中处于领先水平。通过宽场成像实验验证，在980 nm激发下，QC7-NEt₂信号强度远高于QC7-CN；而在1064 nm激发下，QC7-CN则几乎独占信号。这种显著的激发差异确保了多通道成像中的低串扰。

⚗️三、闪蒸纳米沉淀法（FNP）：制备高均一性荧光纳米颗粒

为解决染料在水中溶解性差的问题，研究采用FNP技术将染料包封于PLGA-b-PEG聚合物中，制备出粒径均一、亮度增强的荧光纳米颗粒。与传统超声沉淀法相比，FNP制备的颗粒在粒径、分散性和亮度方面均表现更优：

QC7-NEt₂颗粒平均直径从172 nm优化至115 nm，亮度提升1.7倍；
QC7-CN颗粒平均直径从148 nm优化至112 nm，亮度提升1.4倍。

这种高性能纳米颗粒为活体成像提供了稳定可靠的探针载体。

🐭四、活体成像实证：血管、淋巴、肠道一网打尽

研究在小鼠模型中进行了多种成像实验，展示了染料在不同组织中的应用潜力：

血管成像：静脉注射QC7-NEt₂后，可清晰观察全身血管网络，包括腹部毛细血管和脊柱静脉，分辨率高达百微米级。
肠道成像：口服QC7-CN后，可动态追踪肠道蠕动过程，清晰显示胃、小肠、回盲部等结构。
淋巴成像：通过不同注射部位实现前肢、后肢和股部淋巴结的双通道成像，展示了淋巴系统的精细结构。

这些成像结果均在980 nm和1064 nm激光激发下实现，验证了染料对的正交激发能力和低串扰特性。

🎯五、三通道成像初探：引入ICG拓展成像维度

在QC7-NEt₂和QC7-CN的基础上，研究进一步引入临床常用染料ICG（808 nm激发），构建三通道成像体系。通过不同注射方式，分别标记肝脏、淋巴系统和肠道，实现了三维空间的生物分布可视化，为复杂生理过程的研究提供了新工具。

🧭六、总结与展望：开启SWIR成像新纪元

本研究通过构建14种喹啉基SWIR染料，突破了传统染料在亮度、光谱分离度和激光兼容性上的三大瓶颈。其合成简便、性能优异、适配商业仪器，具备广泛的应用潜力。未来，这一染料库有望在肿瘤转移、免疫细胞迁移、血管功能评估等领域发挥重要作用，推动SWIR成像技术迈入多通道、高分辨率、动态可视的新纪元。