大家好，今天为大家介绍一篇来自复旦大学化学系SMILe课题组 （https://www.funmi2.org/）发表在Nano Letters上的文章-自发闪烁的方酸菁荧光探针用于活细胞超分辨成像，“ Squaraine Dyes Exhibit Spontaneous Fluorescence Blinking That Enables Live-Cell Nanoscopy”。 超分辨成像技术突破了传统的光学衍射极限。基于单分子定位显微成像是超分辨成像技术中的一类。利用单个分子的随机光闪烁特性，通过提取每个图像中单分子的位置信息，将数千幅图像重构成一幅超分辨图像，从而成为研究细胞超微结构的有力工具。基于单分子定位超分辨成像需要能够闪烁的荧光分子，从而实现在特定激光激发下荧光分子只有小部分处于荧光态。通常要实现这一过程，需要利用高功率的紫外光进行活化，或者添加大量的生物亲核试剂硫醇，同时结合高功率激光照射。

近几十年来，随着合成方法、功能材料、测量技术和计算模拟的发展，光物理和光化学的前沿不断向前发展，其研究范围已经远远超出了光的领域。各种形式的激励，如机械力，电和热已经被探索，非辐射失活途径也被操纵和开发用于广泛的应用。此外，光物理和光化学的研究理念已经从分子水平显著扩展到聚集体水平，这有望构成光物理和光化学的综合图景。聚集体的光物理和光化学的研究最初是受到对孤立态和聚集态之间的反向发光行为的观察的启发，以众所周知的聚集引起猝灭(ACQ)和聚集诱导发射(AIE)现象为代表。随着AIE的蓬勃发展，集成化的科学与工程学科应运而生。它们在理解和操纵聚集体结构以及领先的光物理和光化学性质方面发挥着越来越重要的作用，为先进功能材料的发展创造了大量机会。

基于BODIPY的NIR-II发射器越来越多的应用于血管和深部组织的荧光成像，为手术切除和解码动态生物信息提供可靠的指导。这包括观察肺损伤小鼠的呼吸频率和监测侧支循环过程，这两个方面都是理解动态生物信息学的关键。2021年，Zhang及其同事通过引入富电子的三苯胺和噻吩单元，形成DA-D分子，开发了具有聚集诱导发射(AIE)特性的高亮度、稳定的j聚集二体二体THPP(图5A)。定制的j聚集THPP在水溶液中表现出变色，吸收/发射峰扩展到970/1010 nm(图5B)。重要的是，与同类相比，j聚集的荧光团具有显着增强的摩尔消光系数和55倍的改进的QY。此外，由于其大的共轭刚性平面支架，THPP表现出出色的化学和光学稳定性。凭借其可靠的稳定性和明亮的NIR-II荧光，THPP可以绘制脑血管和血管(图5C)。此外，强效荧光团在高分辨率下动态定位小鼠深层内脏器官(脊柱、肾脏、肺和心脏)(图5D、E)。利用THPP监测急性肺损伤小鼠的呼吸频率并绘制侧枝循环过程也得以实现(图5F-I)。这些结果突出了j聚集二体体在解码动态生物信息学方面的巨大潜力

第二近红外窗口(NIR-II, 1000-1700 nm)的荧光成像在生物医学应用中引起了极大的关注，具有超低光子散射和增加组织穿透等独特优势。BODIPY具有分子结构和光学性质可控、荧光量子产率突出、摩尔吸收系数高、化学稳定性好等特点，在生物治疗领域得到了全面的研究和广泛的探索。本文全面总结为先进生物光疗的NIR-II BODIPY荧光团的开发和设计策略的进展。首先，本文阐述了电子规划策略、共轭主链扩展策略、J聚集策略和可激活荧光团的建立策略，这些策略增强了BODIPY骨架的NIR-II荧光。随后，基于NIR-II荧光BODIPY的生物应用纳米平台的发展被复杂地阐述。这项工作概述了改进NIR-II BODIPY以满足不断变化的临床需求的未来努力和方向。

超分子工程在功能材料的设计中特别有吸引力，而由非共价相互作用产生的聚集体提供了有趣的特征。构建J-aggregation平台仍然是一个重大挑战。我们报道了具有供体-受体-供体(D-A-D)结构的3,5-二噻吩基Aza-BODIPYs作为第一电荷转移(CT)耦合J聚集BODIPY型平台。一个分子中的核心受体部分与邻近分子中的供体单元相互作用，产生滑动堆叠的堆积基序，导致CT耦合的J聚集，其红移波长高达886 nm，吸收尾超过1100 nm。J聚集体表现出明显的光声信号和高达66%的光热转换效率。体内实验结果表明，J -聚集体具有用于肿瘤光热消融和光声成像的潜力。本研究不仅证明了Aza-BODIPY与D-A-D是一种新型的CT偶联的近红外光疗材料J聚集平台。

光声成像(PAI)引导的第二近红外(NIR-II, 1000-1700 nm)窗口光热治疗(PTT)作为一种有前景的癌症治疗平台而备受关注。本文报道Pi-extended卟啉与一个或两个纳米石墨烯单元(NGP-1和NGP-2)融合可以作为一类新NIR响应有机试剂，在NIR-I和NIR-II窗口分别显示出≈1000和≈1400 nm的吸收。NGP-1和NGP-2通过封装成自组装纳米颗粒(NPs)分散在水中，在808 nm和1064 nm激光照射下，光热转换效率分别达到60%和69%。此外，NIR-II活性NGP-2-NPs表现出良好的光声响应，以及高光稳定性和生物相容性，可在体内实现PAI和高效的NIR-II PTT。

罗丹明染料是开发各种荧光探针的优良支架。罗丹明的一个关键性质是它们在无色内酯和荧光两性离子之间的平衡。调节内酯-两性离子平衡常数(KL-Z)可以优化染料的性能，用于特定的生物应用。我们使用已知的和新颖的有机化学来制备罗丹明染料的综合收集，以阐明控制KL-Z的结构-活性关系。提供电子的辅助色素与含氟的悬垂苯环串联工作，产生明亮的红移荧光团，用于活细胞单粒子跟踪(SPT)和多色成像。N-芳基auxochrome与氟化结合产生红移Förster共振能量转移(FRET)猝灭染料，用于创建一种新的半合成指示剂，用于使用荧光寿命成像显微镜(FLIM)检测cAMP。这项工作扩展了罗丹明合成的合成方法，为先进的荧光成像实验产生了新的试剂，并描述了将指导未来探针设计的结构-活性关系。

同时加速辐射和受限非辐射衰变对于在近红外第二波长窗(NIR-II)构建高发光效率的荧光团具有重要意义。本文提出了π-扩展和氘化的双重策略，有效地改善了这一棘手问题。通过扩展芳香族基团的π共轭作用，并在AIEgen中引入同位素效应，实现了增强的振子强度，抑制了激发态的形变和高频振荡。在这种情况下，可以同时实现更快的辐射衰减和受限的非辐射衰减。AIEgen在分子状态下的优异发射特性可以被聚集体很好地保持。相应的NIR-II发射aiegen纳米颗粒同时具有高亮度，大Stokes位移和优越的光稳定性，可用于图像引导的癌症和前哨淋巴结(SLN)手术。本研究为提高NIR-II荧光团在生物医学领域的发光效率提供了一个新的方法。

长波长、近红外小分子染料在生物光子学中具有重要的应用价值。传统上，它们依赖于扩展的芳香结构来实现红移，这是以牺牲应用性能为代价的如光稳定性、细胞渗透性和功能性。本文报道了一种基态反芳香性策略，展示了14种阳离子氨基芴染料的简洁合成，这些染料具有微小的结构，光谱范围为700-1600 nm。氨基芴染料具有细胞渗透性，可通过简单的羧基化实现快速肾脏清除。我们开发了一个紧凑的分子传感平台，用于体内细胞内传感，并展示了这些染料在多光谱荧光和光声成像中的广泛应用。在电子激发下的芳香性反转，不仅减少了能量带隙，而且引起了强的振动耦合，从而产生了超快的激发态动力学和无与伦比的光稳定性。

近红外二区(NIR-II)治疗由于增强的组织穿透性和更高的最大允许曝光量，为精确疾病光治疗提供了新的机会。缺乏有效的NIR-II吸收和不可控的激发态能量衰减途径的传统方案往往导致治疗效果不足。本文报道了一种基于azulenyl squaraine衍生物的光治疗纳米剂(PS-1 NPs)，具有以1092 nm为中心的强NIR-II吸收带，使几乎所有吸收的激发能通过非辐射衰变途径消散，从而实现了高光热转换效率(90.98%)和光声响应。体外和体内光声/光热治疗结果均表明PS-1 NPs具有增强的深部组织肿瘤治疗性能。即使在5 mm深部肿瘤模型中，PS-1 NPs在光声成像引导下的光热治疗中也表现出令人满意的抗肿瘤效果。对于人类拔牙根管感染模型，PS-1 NPs与0.5% NaClO溶液的光热效应协同效果与临床金标准冲洗剂5.25% NaClO的治疗效果相当，为NIR-II治疗药物在口腔医学中的扩展开辟了可能性。