突破深组织成像瓶颈！NIR-II有机半导体荧光团迎来设计新框架

近日，《Coordination Chemistry Reviews》（影响因子60.625）发表重磅综述，系统总结了近红外二区（NIR-II, 1000-1700 nm）吸收有机半导体荧光团（OSFs）的设计进展，为深组织荧光生物成像注入新动能！这项研究由胡晓明、米金硕等学者团队完成，聚焦如何通过分子工程改造OSFs，破解活体成像中"穿透浅、信号弱"的难题。

一、传统成像遇瓶颈，NIR-II技术破局而来

荧光成像（FLI）作为实时观察生命系统的微创手段，虽在细胞和宏观组织成像中表现亮眼，但活体成像始终受限于生物组织的"天然屏障"：

- 传统近红外一区（NIR-I, 700-900 nm）光易被组织吸收、散射，信号清晰度大打折扣；

- 内源性色素对NIR-I波长的竞争性吸收，进一步压缩有效检测带宽。

而NIR-II成像的出现堪称"革命性突破"：2009年，戴团队首次用亲水修饰的单壁碳纳米管（SWNTs）实现NIR-II成像，证实其具有光子散射少、自发荧光弱、穿透深度深的优势。十余年来，稀土纳米结构、量子点等材料不断涌现，但有机半导体荧光团（OSFs）凭借"无金属、结构可精准调控、低长期毒性"的特性，成为最具潜力的下一代材料。

二、OSFs：NIR-II成像的"明日之星"

OSFs由纯有机π共轭体系构成，可通过分子工程灵活调节发射波长、生物相容性和代谢途径：

- 戴团队设计的小分子CH1055，能通过肾脏快速清除，实现淋巴网络和肿瘤的实时可视化；

- 2019年，田团队利用FDA批准的吲哚菁绿（ICG），通过NIR-II术中成像指导肿瘤精准切除，迈出临床转化关键一步。

但当前OSFs多依赖NIR-I光激发，而NIR-II光激发的OSFs才是"最终目标"：NIR-II光穿透更深、副作用更小，且皮肤最大允许照射量（1064 nm处1.0 W cm⁻²）是NIR-I（808 nm处0.33 W cm⁻²）的3倍，能最大限度减少光子损失，提升成像清晰度！

三、四大设计策略+七大核心结构，破解开发难题

综述首次系统提出NIR-II可激发OSFs的设计框架，核心包括四大策略：

1. 调控分子内电荷转移（ICT）：通过延伸共轭骨架、替换硫属元素、优化供体/受体等增强吸收与发射；

2. 操纵分子空间构型：平面化、扭曲或空间位阻工程，精准调节光物理性质；

3. J聚集体策略：利用超分子相互作用实现红移，增强稳定性；

4. 荧光团-蛋白质共组装：通过复合物设计放大荧光信号。

同时，综述聚焦7类代表性结构单元——苯并双噻唑（BBT）、噻二唑苯并三唑（TBZ）、花菁染料等，详解其在肿瘤边界识别、血管动态监测中的应用。例如：

- 张团队2020年开发的LZ-1105探针，可在1000 nm以上吸收/发射，实现高分辨率血管实时监测；

- 范团队的D-A-D型OSFs，通过NIR-II激发放大荧光，精准描绘体内肿瘤边界。

四、从实验室到临床，应用前景广阔

这些定制化OSFs已在多项生物医学场景中展现潜力：

✅ 深层肿瘤成像：精准区分肿瘤与正常组织，助力术中切除；

✅ 脑血管与血管网络成像：清晰可视化脑部血管和全身血管动态；

✅ 光热治疗：结合成像与治疗，实现"诊疗一体化"。

五、总结与展望

该综述为NIR-II OSFs的设计提供了"从结构到应用"的完整框架，填补了双NIR-II响应荧光团分子工程的知识空白。未来，随着设计策略的完善和临床转化的推进，NIR-II OSFs有望让深组织成像从"模糊观察"迈向"精准解析"，为疾病诊断和治疗开辟全新路径！

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