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【Coord.Chem.Rev】近红外荧光材料不够亮？来看看这篇综述，全面总结增强NIR-II荧光团的荧光发射的策略 ​

1 简介 ​

本文综述了各种增强NIR-II荧光发射亮度的策略和方法，分析了不同类型NIR-II荧光团的荧光机制，讨论了提升荧光发射亮度和红移荧光发射谱的策略，并展望了未来NIR-II荧光成像技术的挑战和机遇。

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2 摘要 ​

荧光成像是一种极具前景的光学成像技术，具有高灵敏度、无创性、实时动态可视化和非电离辐射等优点。NIR-II荧光成像通过革命性的组织穿透能力和成像质量，引起了研究者们的广泛关注。当前NIR-II荧光团的研发仍面临两大瓶颈：提高荧光亮度以实现高空间分辨率和减少信号背景干扰，以及突破长波长发射以增强组织穿透深度。本文提供了增强NIR-II荧光团的荧光亮度和红移发射波长的详细策略、机制解析和未来展望。

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3 细节讨论 ​

3.1 NIR-II荧光分类及其荧光机制 ​

NIR-II荧光团主要包括碳纳米管、量子点、稀土掺杂纳米颗粒、有机小分子染料和高分子纳米颗粒等。各类荧光团的荧光发射机制各异，例如：单壁碳纳米管（SWCNTs）通过一维量子限制产生荧光发射；量子点（QDs）利用其尺寸依赖的量子限制效应实现NIR-II荧光；稀土掺杂纳米颗粒通过镧系离子的4f-4f跃迁实现NIR-II发射等。

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3.2 增强NIR-II荧光发射亮度的策略 ​

3.2.1 提高吸收 ​

  • 平面化结构：通过化学结构调整，减少分子骨架的扭曲，增加吸收系数。

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  • 增子堆积优化：通过J聚合或者使用带有较大体积的官能团来增强分子间的π-π堆积，提高吸收度。

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  • 异质原子掺杂：通过将异质原子掺入量子点或稀土化合物，提高能量捕获效率。
  • 染料敏化：在稀土化合物表面附加有机染料，利用染料的高吸收系数来增强荧光发射。

3.2.2 异质原子掺杂 ​

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3.2.3 减少分子间相互作用 ​

  • 小分子荧光染料：通过分子设计引入保护基团，减少与水分子的相互作用，提高量子产率。

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  • 半导体多聚体纳米粒子：通过引入体积较大的官能团，减少分子间的相互作用，提高量子产率。

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3.2.4 核壳结构防止溶剂猝灭 ​

  • 量子点：通过在量子点表面形成保护层，减少与水分子的相互作用，提高量子产率。

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  • 稀土化合物：通过在稀土化合物表面形成氯化钠等无机保护层，提高荧光发射效率。

3.2.5 限制分子内部运动 ​

  • 具有聚合诱导发光（AIE）特性的分子：通过分子设计，限制分子内部运动，减少非辐射能量损失，提高量子产率。
  • 多聚体荧光染料：通过限制分子内部运动，提高荧光发射亮度。

3.2.6 减少缺陷态密度 ​

  • 单壁碳纳米管：通过化学修饰或者使用密封剂，减少缺陷态密度，提高荧光发射效率。

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3.2.7 等离子体增强荧光 ​

3.2.8 外来物质 ​

  • 小分子荧光染料：通过与胶质蛋白等生物大分子的结合，提高荧光发射亮度。

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3.2.9 同质化策略 ​

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3.2.10 调整宿主材料 ​

3.3 红移NIR-II荧光发射光谱的策略 ​

3.3.1 J聚合 ​

  • 有机荧光染料：通过调控分子间的相互作用，形成J聚合，实现荧光发射光谱的红移。 image.pngimage.png

3.3.2 扩展π-电子共轭系统 ​

  • 多聚体荧光染料：通过增加共轭π电子系统的长度，实现荧光发射光谱的红移。

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3.3.3 尺寸可调荧光发射 ​

  • 量子点：利用量子点的量子限制效应，通过调控纳米粒子的尺寸，实现荧光发射光谱的红移。

3.4 增强D-A作用 ​

3.4.1 调节分子结构中的取代基 ​

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3.4.2 平面化增加红移 ​

3.5 其他优化策略 ​

除了上述策略，还包括通过化学修饰和环境控制等方法进一步优化NIR-II荧光团的性能。这些方法可以有效提高荧光团的稳定性、特异性和生物相容性。

结论 ​

本综述概述了NIR-II区域荧光发射材料的研究进展，特别是针对增强荧光亮度和实现荧光发射光谱红移的多种策略。这些策略包括化学结构调整、分子设计、异质原子掺杂、分子间相互作用的优化、核壳结构的构建、限制分子内部运动、减少缺陷态密度、等离子体增强荧光、外来物质的作用、同质化处理以及宿原材料的选择等。通过这些策略，可以显著提高NIR-II荧光探针的性能，为深层生物组织成像和临床诊断提供有力的工具。未来的研究将继续探索新的材料和方法，以进一步提高NIR-II荧光探针的光电性能和生物相容性。

参考文献 ​

Liu, N.; He, S.; Cheng, Z.; Hu, J. Enhancing the Fluorescence Emission of the NIR-II Fluorophores: Strategies, Mechanisms, Challenges, and Opportunities. Coordination Chemistry Reviews 2025, 532, 216511. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216511.