近红外二区荧光成像具有组织穿透深、自体背景干扰低、空间分辨率高等优势，在生物医学成像和疾病早期诊断中具有重要应用前景。要获得清晰、明亮的近红外二区成像，关键在于开发高亮度荧光材料，即兼具强光吸收、高效荧光发射及优异聚集态发光能力的荧光探针。然而，这三点往往难以同时实现。通常来说，提高分子骨架的平面性有助于增强光吸收和荧光发射，但分子过于平面容易相互紧密堆叠，导致荧光变弱甚至被猝灭；若通过增加分子扭曲程度来减少堆叠，又往往会削弱光吸收能力。因此，如何在“吸光强、发光亮、聚集后不易猝灭”之间取得平衡，是高性能近红外二区荧光材料设计中的关键难题。

近日，91吃瓜 柔性电子全国重点实验室范曲立教授团队联合西北工业大学胡文博教授、南京工业大学卢晓梅教授课题组，在该方向取得重要进展。研究团队提出“分子内非共价构象锁”策略，利用硫原子与氧原子之间的弱相互作用限制聚合物骨架自由旋转，在增强分子平面性和刚性的同时，避免分子间过度紧密堆积，实现了光吸收能力、发光效率和聚集态抗猝灭性能的协同提升。相关成果以“Ultrabright NIR-II fluorophores enabled by noncovalent conformational locking for in vivo inflammation imaging”为题，发表在国际权威期刊《Science Advances》。

该工作的核心在于协调分子内共轭结构与分子间堆积行为之间的关系。研究团队设计合成了具有“构象锁”的聚合物P1，并以未锁定聚合物P0作为对照。理论计算显示，P1中硫原子与氧原子之间的非共价相互作用能够有效限制噻吩单元旋转，使分子骨架更加平面化。更平整的骨架有利于电子在分子内离域，从而增强光吸收和荧光发射；更刚性的结构则可减少激发态能量通过非发光途径损失。实验结果表明，P1在四氢呋喃溶液中的近红外二区荧光量子产率达到10.2%，消光系数达到76.3 L g⁻¹ cm⁻¹，表现出强光吸收和高发光效率。进一步研究发现，P1并非形成完全平直的刚性骨架，而是保持小二面角交替分布的构型。这种结构既能维持高效分子内共轭，又能提供适度空间位阻，削弱分子间过强堆积，从而有效缓解聚集引起的荧光猝灭。

为满足生物成像需求，研究团队采用Pluronic F-127对P1进行纳米包覆，制备出水溶性P1纳米颗粒。纳米化后，P1发射峰红移至约1030 nm，在808 nm激发下仍保持较强吸收和高效发光，近红外二区荧光亮度达到227.7% L g⁻¹ cm⁻¹。超快光谱结果表明，聚集态中荧光发射与非辐射能量耗散相互竞争，提示抑制聚集态能量损失是进一步提升亮度的关键。凭借优异的发光性能，P1纳米颗粒实现了高分辨率活体血管成像，小鼠血管信噪比达到6.3，明显优于临床常用染料吲哚菁绿；同时可选择性富集于炎症区域，用于炎症精准定位、早期检测和长期监测。

该工作是团队在近红外聚集体激发态动力学调控方向长期积累后的进一步突破。团队早期发现，近红外聚集体中存在影响能量释放的激发中间态，并利用这一过程实现了光声成像引导的光热治疗（ACS Nano 2019, 13, 12006）。随后，团队证明该中间态主要来源于激基缔合物，阐明了其促进能量非辐射耗散、增强光热性能的机制（Advanced Materials 2023, 35, 2301739）。进一步研究表明，调控聚集体中的二聚体及相关激发中间态，可有效减少近红外二区荧光猝灭，提升成像亮度（Light: Science & Applications 2025, 14, 109）。在上述研究基础上，本工作提出非共价构象锁策略，在增强分子内发光能力的同时抑制过强分子间堆积，解决了近红外聚集体发光亮度低的关键难题，为开发高性能近红外二区生物成像探针提供了新的思路。

该研究得到国家自然科学基金、中央高校建设经费自主项目等项目资助。91吃瓜 青年教师苗笑飞为论文第一作者，卢晓梅教授、胡文博教授和范曲立教授为论文通讯作者。

图1 非共价构象锁策略构建超亮近红外二区荧光探针及其活体高分辨率成像应用

全文链接：//www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh5112

（撰稿：苗笑飞 编辑：陈宁娜 审核：谢燕楠）