活体荧光成像能够实时、原位反映动物活体的结构和功能，是一种重要的生物医学研究方法。然而，该方法面临的主要瓶颈是生物组织对光信号的吸收、散射会造成荧光信号的损失。近红外二区（NIR-II，900-1700 nm）荧光探针采用了更长的光谱波段，具有更强的组织穿透能力和成像对比度，为活体荧光成像提供了重要机遇。其中，发展新型的长波长近红外二区荧光探针是该领域前进的基石。

在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学所活体分析化学实验室史文等长期以来致力于荧光探针的共轭结构调控，发展性能优良的荧光探针和活体成像方法（J. Am. Chem. Soc. 2020,142,15271-15275,J. Am. Chem. Soc. 2021,143,17136-17143,Angew. Chem. Int. Ed. 2022,61,e202205043）。

近期，史文等在前期工作的基础上，通过对菁类染料的共轭结构进行调控，发展了一系列长波长、大斯托克斯位移的近红外二区荧光探针VIPI。研究人员通过含时密度泛函理论计算和飞秒瞬态吸收光谱对分子的受激和发射过程进行了研究，揭示了其激发过程主要由受体基团主导，而发射过程则由氨基苯乙烯的供体基团主导。分子激发后呈现出明显的从供体向受体的电荷转移现象，斯托克斯位移达到了260 nm。利用这种大斯托克斯位移优势，研究人员实现了小鼠活体不同器官的多色成像。此外，VIPI-4分子的脂质体能够蓄积在小鼠骨骼中，实现了在大于1300 nm波长下对小鼠膝盖及其周围骨骼的精细结构成像。该研究不仅提供了一种长波长、可标记且具有良好生物兼容性的近红外二区探针分子，而且为构建新型光学基团并调控其发光性能提供了理论基础。相关工作发表在Nature Communications,2025,16,4911 (10.1038/s41467-025-60241-2)上，第一作者为刘殿恺博士，通讯作者为史文研究员。

近红外二区光学探针活体多色成像和骨骼成像

活体分析化学实验室

2025年6月3日