由于近红外荧光成像技术在生物成像方面所具有的独特优势， 近红外荧光探针的设计合成和生物学应用得到了人们广泛的关注， 而传统近红外荧光探针自身存在许多局限性， 如光稳定性差、 水溶性不好、 荧光量子产率低等， 因此发展新型小分子荧光探针并应用于生物学成像研究中，现仅对几类传统的和近几年新发展的近红外荧光探针进行简要的分类介绍。

1. 菁类近红外荧光探针：菁类( Cyhaii ne， Cy) 染料经典的菁类染料含有通式R2N一( CH=CH) n_CH=N+R2， 在两个N杂原子间有奇数个C原子， 且键长均匀分布。 菁类染料具有摩尔吸光系数高、 结构可修饰性强、 光谱范围易于调节等优点，被广泛应用于金属离子检测、 生物小分子检测、 蛋白和核酸标记等领域。

简单的单甲川和三甲川菁类染料光谱范围主要在可见光区， 如Cy3( 图1， 3． 1) 最大吸收和最大发射波长分别为554 nl l l 和568 n／ n， 不能满足近红外荧光成像的要求。 研究表明， 在甲川链上增加共轭次亚乙烯基( CH=CH) 和在氮杂环上增加共轭苯环， 可以使光谱明显红移。 例如Cy7( 图1， 3． 2) 最大吸收和最大发射波长均位于近红外光区， 被广泛应用于近红外荧光探针的设计合成中。 然而， 菁类染料在应用过程中存在许多问题， 例如化学稳定性和光稳定性差、 容易分解、 易发生“ 光漂白” 现象、 斯托克斯位移较小( ≈ 20 ri m) 和检测过程中已被激发光散射和荧光自淬灭影响等 ； 菁类染料在水溶液中容易发生自聚， 使荧光量子产率降低 ； 菁类染料PET效率较低，基于菁类染料设计的PET荧光探针灵敏度受到限制。

图1

2. 吡咯氟硼类近红外荧光探针：氟硼吡咯( BODI PY) 类荧光染料 ， 是一种多功能性的荧光剧51， 521。 该类染料许多性质与菁类染料十分类似： 不带电荷、 摩尔吸光系数高、 荧光不易受所处环境影响、 斯托克斯位移小等。 由于氟硼吡咯类染料中硼桥的引入， 增加了分子的刚性， 使分子中的双键不能任意旋转和发生顺反异构化，因此荧光量子产率和光稳定性较菁类染料高，。 经典的BODIPY染料( 图2， 4． 1) ，最大激发波长和最大发生波长分别为505 am和516 am， 同样不能满足近红外荧光检测的要求。 BODI PY可修饰位点多， 可以通过多种方法调节其光谱范围， 如在BODI PY母体中引入共轭结构， 如乙烯基 、 芳基[ 、 炔基 等( 图2， 4． 2， 4． 3， 4． 4) 或是使用氮原子取代BODIPY中桥碳原子， 都可以诱导BODIPY光谱红移( 图2， 4． 5) 。此外， 改变硼原子配体结构也可以影响染料的荧光性质， 如图2中化合物4． 6， 最大

吸收波长可达728 nm， 最大发射波长达746 nm。

图2

3.罗丹明类近红外荧光探针：罗丹明染料具有摩尔吸光系数高、 荧光量子产率高、 光稳定性好、 可修饰性强等优点， 是目前应用最为广泛的荧光染料之一，。 然而， 经典的罗丹明染料， 同样面临光谱范围不位于近红外光区的问题。 常用的几个罗丹明分子如罗丹明B( Rhodami ne B， ) 、 罗丹明6G( Rhodami ne 6G) 、 罗丹123( Rhodami ne 123， R123) 、 罗丹明110( Rhodami ne110) ( 图3， 5． 1， 5． 2， 5． 3， 5． 4) 乙醇中最大发射波长分别为568 nm、 558 nm、529 am、524 nm， 均位于可见光区， 大大限制了罗丹明染料的成像效果和应用范围。 调节罗丹明染料光谱最常用的方法是在氧杂葸环上引入共轭杂环， 如罗丹明101( 图3， 5． 5) ，乙醇中最大发射波长可达588 am， 但仍无法满足近红外荧光检测的要求； 在罗丹明9位C原子上引入强吸电子基女[ I ( CF2) n、 氰基等( 图3， 5． 6， 5． 7) ， 也可以达到使光谱红移的目的， 但产物合成复杂， 可修饰性差； 最近一种使罗丹明染料光谱红移的策略是用Si 、 Te、 P等杂原子替代罗丹明分子中的O桥原子 ， 这种方法使罗丹明光谱红移的同时， 保留了罗丹明染料大部分优点， 受到了人们极大的关注，

图3

4.复合类近红外荧光探针：传统的的荧光染料( 如香豆素、 罗丹明、 BODI PY) 光谱范围均位于UV／ Vi s光区， 而菁类染料可以方便的通过延长共轭一CH=CH． 的链长而达到使光谱红移的目的。研究表明， 每增加一个一CH=CH． ， 光谱大约红移100 nm[ 461。 将菁类染料的结构片段与其他UV／ Vi s光区染料结构相连， 增加分子的共轭结构， 可以使新得到的分子光谱明显红移， 我们将其分类为复合类染料。 具有代表性的如Ri chard等人将香豆素与菁类染料片段相连得到的水溶性染料( 图4， 6． 1) 乙醇中最大吸收和最大发射波长分别为643 nm和659 nm。 将氧杂蒽染料结构片段与菁类染料的结构片段相连， 合成长沙近红外荧光染料( 图4， 6． 2)  和湖大近红外荧光染料( 图4， 6． 3)， 最大发射波长分别为731 nm和718 nm。 还将BODI PY染料与菁类染料的结构片段相连， 合成得到的新染料分子( 图4， 6． 4) 最大发射波长为708 nm[ 671。 这类染料分子在光谱红移至近红外光区的同时， 保留了传统荧光染料的优良性质， 特别是基于传统染料分子设计荧光探针的策略可以成功应用于复合型荧光探针的设计中。

图4

5.其他类近红外荧光探针

除了以上几类经典的和新发展的近红外荧光染料外， 文献中还报道了一些其他类型的近红外荧光染料， 方酸类， ( 图5， 7． 1) 、 苯并吩嗯嗪类 ( 图5， 7． 2) 、 萘酰亚胺类 ( 图5， 7． 3) 等。

图5

SiR 荧光染料 (硅罗丹明荧光染料) 是一种可轻松穿透细胞膜进入细胞，并且荧光亮度和稳定性都非常好的荧光染料。上海金畔生物有一系列SiR 荧光染料可供选择，其中包含：SiR-alkyne，SiR-azide，SiR-BCN，SiR-COOH，SiR-Maleimide，SiR-NHS ester，SiR-tetrazine，SiR650-BG，SiR700-BG等染料。

SiR-alkyne 硅基罗丹明-炔基

SiR-azide 硅基罗丹明-叠氮

SiR-BCN 硅基罗丹明-环丙烷环辛炔

SiR-COOH 硅基罗丹明-羧基

SiR-Maleimide 硅基罗丹明-马来酰亚胺

SiR-NHS ester 硅基罗丹明-琥珀酰亚胺酯

SiR-tetrazine 硅基罗丹明-四嗪

SiR-Me-tetrazine 硅罗丹明-四嗪荧光探针

SiR-DBCO 硅基罗丹明-二苯基环辛炔

SiR650-BG 硅基罗丹明-苄基鸟嘌呤

SiR700-BG 硅基罗丹明-苄基鸟嘌呤

SiR-PEG3-TCO 硅基罗丹明-三聚乙二醇-反式环辛烯

SiR-PEG4-alkyne 硅基罗丹明-四聚乙二醇-炔基

SiR-PEG4-azide 硅基罗丹明-四聚乙二醇-叠氮

SiR-PEG4-BCN 硅基罗丹明-四聚乙二醇-环丙烷环辛炔

SiR-PEG4-COOH 硅基罗丹明-四聚乙二醇-羧基

SiR-PEG4-Maleimide 硅基罗丹明-四聚乙二醇-马来酰亚胺

SiR-PEG4-NHS ester 硅基罗丹明-四聚乙二醇-琥珀酰亚胺酯

SiR-PEG4-tetrazine 硅基罗丹明-四聚乙二醇-四嗪

SiR-PEG4-DBCO 硅基罗丹明-四聚乙二醇-二苯基环辛炔

SiR-PEG4-Me-tetrazine

Hochest-SiR

5-HMSiR-Hochest