导读

肿瘤的精准成像与高效、低副作用治疗是医学研究的核心目标。光诊疗技术将光学成像与光疗相结合，实现了诊疗一体化，为肿瘤精准医学提供了新路径。然而，如何实现对深部肿瘤的精准识别与有效干预仍是关键挑战，这对成像深度与治疗引导精度提出了更高要求。受限于生物组织对光的强烈散射与吸收，传统光学成像及光疗手段在穿透深度与空间分辨率方面存在明显不足。在此背景下，近红外二区（1000-1700 nm）荧光技术因其更弱的组织散射、更低的自发荧光背景与更高的信噪比，为实现深部肿瘤的高分辨率成像与高效光疗带来了突出优势，已成为该领域的热点和重要发展方向。

近日，东南大学智能材料研究院院长、首席科学家李全院士团队受邀请以“Organic Small-Molecule NIR-II Fluorophores for Tumor Phototheranostics”为题在Light: Science & Applications上发表论文，系统总结了有机小分子近红外二区荧光探针的分子设计策略，并梳理了不同荧光分子骨架在深部肿瘤成像与光疗中的应用进展，并对该领域面临的关键挑战和未来发展方向进行了深入探讨。东南大学研究生向丹和王志超为本文共同第一作者，东南大学李全院士和汤玉琪博士为本文共同通讯作者。

图1：有机小分子NIR-II荧光团用于肿瘤光诊疗

一、分子设计

有机小分子近红外二区（NIR-II）荧光探针的性能高度依赖于分子骨架的选择与精细的分子工程化设计。近年来，以花菁、BODIPY、苯并双噻二唑、呫吨、氰基衍生物及小分子金属配合物等为代表的经典分子骨架，被广泛应用于高性能NIR-II荧光分子的构筑。通过对这些分子体系的电子结构与能级分布进行精准调控，成功实现了长波长发射与光物理性能的优化。

在分子设计策略方面，供体-受体结构构建、π 共轭体系扩展、分子平面性与骨架刚性调控以及取代基电子效应调节，是实现NIR-II发射的关键手段。针对量子产率偏低、光稳定性不足及聚集诱导猝灭等共性问题，通过限制分子内运动、引入空间位阻、构建聚集诱导发光机制以及调控能量耗散路径，可显著提升荧光亮度和稳定性，为高性能NIR-II荧光分子的理性设计提供了重要参考。

图2：有机小分子NIR-II荧光团设计

二、生物成像应用

基于NIR-II波段组织散射弱、自发荧光背景低的光学优势，有机小分子NIR-II荧光探针在活体深部组织及肿瘤成像中展现出显著的应用潜力。相较于传统可见光与近红外一区成像，该类探针在成像深度、空间分辨率与信噪比上均实现显著提升，能够清晰呈现肿瘤组织、精细血管网络及关键器官的高对比度影像。

通过修饰肿瘤靶向基团，有机小分子NIR-II荧光探针可实现在肿瘤区域的选择性富集。进一步结合肿瘤微环境特征（如酸性pH、特异性酶活性或异常氧化还原态）设计的可激活型探针，能够在病灶部位实现信号“按需激活”，有效降低背景干扰、提升成像特异性，从而为肿瘤精准识别、边界划定及图像引导下的治疗介入提供有力的技术支撑。

图3：有机小分子NIR-II荧光团生物成像应用

三、光疗应用

在光疗领域，有机小分子NIR-II荧光探针通过功能集成，实现了成像与治疗的一体化，展现出独特优势。通过合理的分子结构设计，该类分子不仅能够提供高质量的NIR-II荧光成像，还可在光激发下高效地将光能转化为热能或活性氧，从而用于光动力治疗与光热治疗。

研究表明，基于近红外二区荧光的光诊疗体系可在深部肿瘤区域实现精准光照与实时成像监测，在肿瘤消融、治疗过程跟踪及疗效评估中表现出良好效果。通过降低非靶向损伤、提高治疗可控性，并与其他治疗策略协同联用，该类诊疗一体化分子为发展高精度、低副作用的肿瘤治疗方案提供了新的可能。

图4：有机小分子NIR-II荧光团光疗应用

四、总结与展望

总体而言，有机小分子NIR-II荧光探针在肿瘤光诊疗领域已取得显著进展，从分子设计理论、光物理性能调控到成像与光疗应用，逐步建立起较为系统的发展体系。不同分子骨架及其工程化策略在实现高性能NIR-II发射与多功能诊疗一体化中的作用日益明确，为相关材料的理性设计提供了重要依据。然而，该领域仍面临诸多挑战，包括长波长发射与高量子产率、光稳定性之间的平衡难题，以及分子在复杂生物环境中的代谢行为与长期生物安全性仍需深入评估。此外，目前多数研究仍处于实验室阶段，向临床应用转化仍需进一步突破。

展望未来，随着分子工程与结构设计的持续深化，兼具高亮度、高稳定性和精准靶向能力的近红外二区光诊疗荧光探针将不断涌现。同时，NIR-II成像与光热、光动力等治疗策略的进一步融合，有望推动多模态、一体化的肿瘤诊疗体系发展，从而为精准成像与个性化治疗提供更为坚实的技术基础。（来源：中国光学微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02212-w