近日，四川大学华西医院临床磁共振研究中心吴昊星研究员团队和新加坡科技与设计大学刘晓刚教授团队合作在Angewandte Chemie（影响因子15.3）发表题为“Overcoming the Spectral Dependence: A General Strategy for Developing Far-Red and Near-Infrared Ultra-Fluorogenic Tetrazine Bioorthogonal Probes”的研究论文，揭示了新型近红外生物正交荧光探针的通用设计方法和机理，进一步拓展了生物正交化学在分子影像、活体生物医学等领域的应用。该论文还被选为当期“热点文章”。

荧光探针可在亚细胞水平标记生物大分子，揭示其在分子网络中的作用，探寻相关病理演进过程的分子机制；同时可作为信号手段对多个细胞、组织进行标记，实现对特异靶标如肿瘤转移病灶、神经结构的光学示踪和手术导航。这些生物医学应用都离不开高灵敏度、高信噪比的荧光探针。开发具有活细胞和体内荧光开启能力并具有良好组织穿透力的新型荧光探针成为了开发新型诊断示踪方法的重要研究内容。

研究者们将四嗪与罗丹明和花菁素等经典染料的meso-位通过三级胺直接相连，缩短了四嗪与荧光母核的距离，在空间上利于两者发生强烈的电子相互作用，促进光至电荷转移(PeT)的发生，提高荧光开启比。由于PeT过程不受荧光团和淬灭接团之间光谱重叠程度的限制，因此这种设计策略还可以打破传统能量转移策略的调控波长限制。对于可见光和近红外发射波长探针均可通过这种策略实现高效荧光调控。

基于以上策略，作者合成并表征了meso-位氨基四嗪修饰的氧-罗丹明、碳-罗丹明、硅-罗丹明以及花菁染料Cy7荧光探针。该系列四嗪探针与生物正交亲二烯体反应后，在荧光开启倍数可达100–1459倍，发射波长覆盖586–806 nm。其中，花菁类四嗪生物正交探针7（λem = 806 nm）荧光增强可达100倍，比已报道四嗪菁染料的荧光增强高出近20倍。

这类探针还具有较好的化学稳定性，且光稳定性优于部分商品化荧光探针，成功实现了活细胞亚细胞结构线粒体的免洗生物成像、活鼠卵巢癌移植瘤成像，均具有优异的分辨率和信噪比。该工作通过新型设计策略，将四嗪调控荧光染料的波长范围成功拓宽到了800 nm区域，有利于进一步拓展四嗪生物正交化学在分子影像、活体生物医学等领域的应用。

我院毛梧宇博士和新加坡科技与设计大学的迟伟杰博士为该论文的共同第一作者，吴昊星研究员和刘晓刚教授为该论文的共同通讯作者，华西医院为第一作者单位。上述研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、新加坡科学技术研究理事会先进制造工程基金、华西医院135高端人才支持计划等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202117386