CCS Chemistry | “噁唑烷缓冲开关”策略突破Cy7染料光稳定性瓶颈

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近日，中国科学院大连化学物理研究所徐兆超研究员与华东理工大学郭志前教授、新加坡科技设计大学刘晓刚教授合作，在生物医学成像领域取得重要突破。他们提出了一种基于噁唑烷开关（Oxazolidine Switch）的“荧光缓冲”策略，成功克服了近红外Cy7染料光稳定性不足的难题。该策略无需改变Cy7母体结构，即可提升其光稳定性，为荧光引导手术、肿瘤长期追踪及细胞超分辨成像提供了一种更安全、更可靠的工具。

背景介绍：

Cy7染料因其近红外光的深度穿透性和良好的生物相容性，已被广泛应用于肿瘤边界可视化、淋巴示踪等手术导航领域，并成为美国FDA批准的临床级造影剂（如吲哚菁绿 ICG）。然而，传统Cy7染料在长时间光照下极易发生光漂白，导致荧光信号衰减，限制了其在长时间手术、活体动态监测及超分辨成像中的应用。虽然近年来不断有新型近红外荧光染料问世，但其临床安全性验证通常需超过10年，难以满足快速应用的需求。因此，如何在不改变Cy7母体结构及安全性的前提下，提高其光稳定性，成为生物医学成像领域亟待解决的问题。

图1.基于噁唑烷开关的动态缓冲策略增强Cy7的光稳定性。

本文亮点：

针对上述挑战，研究团队希望赋予“老药”新生，在不改变Cy7临床安全性的前提下，增强其抗光漂白能力。他们创新性地设计了一种[2,1-b]噁唑烷开关修饰的Cy7探针（Cy7-Ox），巧妙利用“闭环（非荧光）-开环（荧光）”的动态平衡，使染料具备“自修复”功能。Cy7-Ox探针在靶标区域（如肿瘤组织）发生光漂白时，周围未激活的闭环分子会迅速转化为荧光态，实时补充荧光信号，从而维持稳定成像。更重要的是，该策略完整保留了Cy7的母核结构，避免了传统化学修饰可能带来的生物毒性风险。在小鼠肿瘤活体成像实验中，Cy7-Ox的荧光信号可稳定超过30分钟，相较于传统近红外荧光染料（如IR780），光稳定性显著提升，极大增强了近红外成像的实用性。

总结与展望：

综上所述，本研究提出了一种高效的“噁唑烷缓冲开关”策略，通过C–O动态共价键破坏Cy7的π共轭体系，在闭环和开环异构体间建立动态平衡，显著提升荧光染料的光稳定性。该策略不仅支持长时间活细胞超分辨成像，还能增强活体肿瘤荧光成像的稳定性。未来，该策略可推广至多种荧光染料，并与其他结构优化手段兼容，为在高激光强度下实现长时间生物荧光成像提供了新的可能，为临床手术导航、活体成像和超分辨显微技术的应用拓展出更广阔的空间。

该工作以Research Article的形式在线发表在CCS Chemistry。文章的共同第一作者为祁清凯博士和李锦博士，通讯作者为中国科学院大连化学物理研究所的徐兆超研究员、乔庆龙副研究员，华东理工大学的郭志前教授和新加坡科技与设计大学的刘晓刚教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。

文章详情：

Oxazolidine-Caged Heptamethine Cyanine Switch Exhibits High Photostability for Bioimaging via Buffering Fluorogenicity

Qingkai Qi†, Jin Li†, Qinglong Qiao*, Chenxu Yan, Mohammad Izadyar, Chao Wang, Syed Ali Abbas Abedi, Xiaogang Liu*, Zhiqian Guo* and Zhaochao Xu*

Cite this by DOI:10.31635/ccschem.025.202405383

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202405383

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原标题：《CCS Chemistry | “噁唑烷缓冲开关”策略突破Cy7染料光稳定性瓶颈》

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