由于近紅外熒光成像技術在生物成像方面應用,而傳統近紅外熒光探針自身存在許多局限性, 如光穩定性差、 水溶性不好、 熒光量子產率低等, 因此發展新型小分子熒光探針并應用于生物學成像研究中,現僅對幾類傳統的和近紅外熒光探針進行簡要的分類介紹。
1. 菁類近紅外熒光探針:菁類( Cyani ne, Cy) 染料的菁類染料含有通式R2N一( CH=CH) n_CH=N+R2, 在兩個N雜原子間有奇數個C原子, 且鍵長均勻分布。 菁類染料具有摩爾吸光系數高、 結構可修飾性強、 光譜范圍易于調節等優點,
2. 吡咯氟硼類近紅外熒光探針:氟硼吡咯( BODI PY) 類熒光染料 , 是一種多功能性的熒光劇。 該類染料許多性質與菁類染料**類似: 不帶電荷、 摩爾吸光系數高、 熒光不易受所處環境影響、 斯托克斯位移小等。 由于氟硼吡咯類染料中硼橋的引入, 增加了分子的剛性, 使分子中的雙鍵不能任意旋轉和發生順反異構化,因此熒光量子產率和光穩定性較菁類染料高,。 BODIPY染料( 圖2, 4. 1) ,激發波長和發生波長分別為505 am和516 am, 同樣不能滿足近紅外熒光檢測的要求。 BODI PY可修飾位點多, 可以通過多種方法調節其光譜范圍, 如在BODI PY母體中引入共軛結構, 如乙烯基 、 芳基[ 、 炔基 等( 圖2, 4. 2, 4. 3, 4. 4) 或是使用氮原子取代BODIPY中橋碳原子, 都可以誘導BODIPY光譜紅移( 圖2, 4. 5) 。此外, 改變硼原子配體結構也可以影響染料的熒光性質, 如圖2中化合物4. 6,
吸收波長可達728 nm, 發射波長達746 nm。
圖2
3.羅丹明類近紅外熒光探針:
羅丹明染料具有摩爾吸光系數高、 熒光量子產率高、 光穩定性好、 可修飾性強等優點, 常用的幾個羅丹明分子如羅丹明B( Rhodami ne B, ) 、 羅丹明6G( Rhodami ne 6G) 、 羅丹123( Rhodami ne 123, R123) 、 羅丹明110( Rhodami ne110) ( 圖3, 5. 1, 5. 2, 5. 3, 5. 4) 乙醇中發射波長分別為568 nm、 558 nm、529 am、524 nm, 均位于可見光區, 調節羅丹明染料光譜常用的方法是在氧雜葸環上引入共軛雜環, 如羅丹明101( 圖3, 5. 5) ,乙醇中發射波長可達588 am, 但仍無法滿足近紅外熒光檢測的要求; 在羅丹明9位C原子上引入強吸電子基女[ I ( CF2) n、 氰基等( 圖3, 5. 6, 5. 7) , 也可以達到使光譜紅移的目的, 但產物合成復雜, 可修飾性差; 一種使羅丹明染料光譜紅移的策略是用Si 、 Te、 P等雜原子替代羅丹明分子中的O橋原子 ,
圖3
4.復合類近紅外熒光探針:傳統的的熒光染料( 如香豆素、 羅丹明、 BODI PY) 光譜范圍均位于UV/ Vi s光區, 而菁類染料可以方便的通過延長共軛一CH=CH. 的鏈長而達到使光譜紅移的目的。我們將其分類為復合類染料。 具有代表性的如Ri chard等人將香豆素與菁類染料片段相連得到的水溶性染料( 圖4, 6. 1) 乙醇中**吸收和**發射波長分別為643 nm和659 nm。 將氧雜蒽染料結構片段與菁類染料的結構片段相連, 合成長沙近紅外熒光染料( 圖4, 6. 2) 和湖大近紅外熒光染料( 圖4, 6. 3), 發射波長分別為731 nm和718 nm。 還將BODI PY染料與菁類染料的結構片段相連, 合成得到的新染料分子( 圖4, 6. 4) 發射波長為708 nm。
圖4
5.其他類近紅外熒光探針
除了以上幾類近紅外熒光染料外, 文獻中還報道了一些其他類型的近紅外熒光染料, 方酸類, ( 圖5, 7. 1) 、 苯并吩嗯嗪類 ( 圖5, 7. 2) 、 萘酰亞胺類 ( 圖5, 7. 3) 等。
圖5
SiR-PEG4-BCN硅基羅丹明-四聚乙二醇-環丙烷環辛炔
SiR-PEG4-Maleimide硅基羅丹明-四聚乙二醇-馬來酰亞胺
SiR-PEG4-NHS ester硅基羅丹明-四聚乙二醇-琥珀酰亞胺酯
SiR-PEG4-tetrazine硅基羅丹明-四聚乙二醇-四嗪
SiR-PEG4-DBCO硅基羅丹明-四聚乙二醇-二苯基環辛炔
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