近红外二区成像组织穿透深，时空分辨率高，对于成像引导疾病的诊断和治疗具有重要意义。该领域发展的瓶颈化学问题是近红外分子探针发光强度低。

北京大学化学与分子工程学院张俊龙课题组致力于发光稀土配合物的设计和合成，利用稀土f-f特征跃迁的特点，将近红外二区探针的研究范围从金属纳米材料、共轭聚合物、有机小分子拓展到金属配合物。该课题组在2017年报道的镱卟啉配合物量子产率高达25%(氘代溶剂中为67%)。其近红外区域发光强度(消光系数×量子产率)迄今为止为文献报道最高(Chem. Sci. , 2017, 8, 2702-2709)。该类配合物还表现出发光寿命长、抗光漂白、生物相容性可调等优点(Chem. Sci. , 2018, 9, 3742-3753)。

近红外t分子探针的设计和合成

为了突出稀土在近红外探针设计中的独特性，课题组利用稀土发光寿命长的特点，设计寿命(τ)探针，避免激光强度、背景荧光、组织形貌、检测器狭缝等因素的影响，实现在活体水平的分子事件定量可视化。pH值是维持生命正常活动的重要生理指标。发展活体水平上实时检测pH的技术对相关疾病诊断和治疗具有重要作用。他们设计pH敏感的镱卟啉化合物，在卟啉外围引入羧基基团。在羧基的质子化和去质子化情况下，调节配体三线态到稀土激发态的能量传递过程，实现不同pH下近红外发光强度的“开”和“关”，同时将发光寿命与pH值变化关联。张俊龙课题组与复旦大学李富友/冯玮课题组合作，将稀土τ探针应用于胃部原位pH的定量检测。通过时间分辨荧光寿命成像，他们在灌胃实验中分别考察了正常情况、禁食条件和胃药喂食过程中胃部pH值的变化，展示该探针可以动态监测胃部pH的能力。

胃部时间分辨荧光寿命成像示意图

相关工作发表在 Chem. Sci. ( Chem. Sci. 2019,DOI: 10.1039/C9SC00220K)。课题组2014级博士生宁莹莹为论文第一作者。该研究得到北京大学化学学院、北京分子科学国家研究中心和NSFC的资助。