近红外染料敏化的稀土配合物用于活体成像检测

Near-Infrared (NIR) luminescence shows high penetration depth and low auto-fluorescence from biological samples. Combing with the unique properties of lanthanide-based luminescent materials, such as sharp emission bands, high color purity and long luminescent lifetimes, in this project, NIR sensitized NIR luminescence of lanthanide complexes will be developed for monitoring and imaging some special analytes in living animals. Herein, NIR dyes with high molar absorption coefficient serve as antenna to sensitize the NIR luminescence of lanthanide complexes. In addition, by modifying different functional moieties, NIR probes with specific recognition based on lanthanide complexes can be constructed. Using the NIR luminescence intensity and lifetime as detection signal, the concentration and distribution of the target species in vivo can be obtained directly and real-time through luminescent imaging methods.

近红外发射具有检测深度大、生物体背景低等优势，结合稀土发光材料具有发射谱带窄、色纯度高和发光寿命长的特点，本项目提出构建近红外激发/近红外发射的稀土配合物，用于小动物活体水平上特定活性物种的发光成像检测和示踪。拟通过摩尔吸光系数大的近红外染料作为天线来敏化稀土离子，获得近红外激发/近红外发射的稀土配合物；并通过对染料结构的功能性设计，构建具有识别响应能力的近红外稀土配合物探针；以探针发光强度和寿命的变化为检测信号，通过发光成像技术方法在活体水平上实现直接、实时地获得目标活性物种浓度和分布信息。

近红外发射具有穿透深度大、生物背景低等优势，在生物成像方面具有非常重要的应用价值。然而，目前关于近红外激发/近红外发射的稀土配合物的报道非常少，配合物的发光性能还没有得到进一步的优化，而且其生物成像方面的应用也没有得到扩展。因此，开发高效的近红外激发/近红外发射的稀土配合物并将其应用于生物成像检测是非常重要且有意义的课题。本项目以花菁、罗丹明类材料为基本单元，开发发光性能优异的材料。再以具有强吸电子能力的多氰基受体和氮杂环受体构筑红光至近红外发光的热激发延迟荧光材料，并通过引入第二受体、苯乙烯共轭桥连等策略对材料的发射波长、聚集效应、光电性能等进行细致调节。另外，以功能性分子作为配体，构筑高性能的金属配合物，并通过配体工程优化配合物的光电性能。最终，成功开发了一系列性能优异的近红外发光材料，形成了具有自身特色和自主知识产权的关键材料体系。. 其中，以花菁受体构建的材料体系不仅表现出典型的聚集诱导发光增强特性，还具有突出的热激发延迟荧光特性。因此，在应用于生物成像时，既可利用其自激荧光实现传统的荧光成像，又可利用其延迟荧光的长寿命实现寿命成像。通过在分子结构中引入位阻基团来调节材料的聚集效应，进一步调节了材料在聚集状态下的延迟荧光特性，在成像结果中体现出延迟荧光寿命延长的效果，从5.7 us增长到7.4 us，有效降低了生物自身背景荧光的干扰。同时，我们对用于构建高效配合物的配体分子进行了细致的研究，对其光电性能、构效关系进行了系统地研究。部分配体实现了红光至近红外发光的高效电致发光器件，表现出优异的光电性能，可用于进一步构建高效的配合物。. 这些工作为今后生物成像提供了新的材料体系和设计理念，将扩宽荧光和寿命成像技术在医疗领域的应用。