近紅外二區成像組織穿透深，時空分辨率高，對于成像引導疾病的診斷和治療具有重要意義。該領域發展的瓶頸化學問題是近紅外分子探針發光強度低。
北京大學化學與分子工程學院張俊龍課題組致力于發光稀土配合物的設計和合成，利用稀土f-f特征躍遷的特點，將近紅外二區探針的研究范圍從金屬納米材料、共軛聚合物、有機小分子拓展到金屬配合物。該課題組在2017年報道的鐿卟啉配合物量子產率高達25%（氘代溶劑中為67%）。其近紅外區域發光強度（消光系數×量子產率）迄今為止為文獻報道最高（Chem. Sci. , 2017, 8, 2702-2709）。該類配合物還表現出發光壽命長、抗光漂白、生物相容性可調等優點（Chem. Sci. , 2018, 9, 3742-3753）。
近紅外t分子探針的設計和合成
為了突出稀土在近紅外探針設計中的獨特性，課題組利用稀土發光壽命長的特點，設計壽命（τ）探針，避免激光強度、背景熒光、組織形貌、檢測器狹縫等因素的影響，實現在活體水平的分子事件定量可視化。pH值是維持生命正常活動的重要生理指標。發展活體水平上實時檢測pH的技術對相關疾病診斷和治療具有重要作用。他們設計pH敏感的鐿卟啉化合物，在卟啉外圍引入羧基基團。在羧基的質子化和去質子化情況下，調節配體三線態到稀土激發態的能量傳遞過程，實現不同pH下近紅外發光強度的“開”和“關”，同時將發光壽命與pH值變化關聯。張俊龍課題組與復旦大學李富友/馮瑋課題組合作，將稀土τ探針應用于胃部原位pH的定量檢測。通過時間分辨熒光壽命成像，他們在灌胃實驗中分別考察了正常情況、禁食條件和胃藥喂食過程中胃部pH值的變化，展示該探針可以動態監測胃部pH的能力。
胃部時間分辨熒光壽命成像示意圖
相關工作發表在 Chem. Sci. （ Chem. Sci. 2019,DOI: 10.1039/C9SC00220K）。課題組2014級博士生寧瑩瑩為論文第一作者。該研究得到北京大學化學學院、北京分子科學國家研究中心和NSFC的資助。
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