近日，北京大学深圳研究生院彭涛课题组在Angewandte Chemie International Edition期刊上发表了题为“Dihydroxanthene-Derived Dioxetane Chemiluminophores for Activatable in Vivo Imaging”的研究论文，报道了基于二氢呫吨（dihydroxanthene）结构的新型二氧杂环丁烷化学发光团的合理设计、结构优化以及活体成像应用。

在生物医学研究中，光学成像是揭示活体内复杂生理与病理过程的重要工具，可实时监测细胞、组织活动，为疾病诊断与治疗决策提供依据。然而，传统依赖激发光的荧光成像易受组织自发荧光与光散射干扰，导致信噪比低、成像深度有限。相比之下，来源于自然界萤火虫的生物发光无需外部激发光，能在黑暗中自发发光，已在检测细胞信号传导和生命活动过程中获得广泛应用，但依赖酶催化反应仍限制其应用。化学发光成像如同“人工萤火虫”，通过化学反应直接产生光信号，无需激发光源与酶的参与，能够有效避免背景干扰，实现更深层和更灵敏的活体成像，在生物医学检测与活体成像领域具有广阔应用前景。然而，目前常用的二氧杂环丁烷（dioxetane）化学发光团结构有限，可拓展性不足，发光波长多集中于可见光区，且近红外发光团普遍亮度不足，难以满足深部组织成像需求。因此，开发兼具长波长和高亮度的全新结构化学发光团是该领域亟需突破的难题。

为此，彭涛课题组团队提出了“扩展-限制”分子设计策略，创新性地将二氧杂环丁烷发光核心与刚性扩展的二氢呫吨骨架巧妙结合，构建出一系列具有延展且稳定p电子体系的化学发光团分子。该系列化学发光团在黄光至近红外光区域实现了发射波长可调（最长达808 nm），具备优异发光量子产率（最高达35.4%）和良好生物相容性，并展现出优异的活体发光成像性能。

该研究首先构建了以二氢呫吨骨架为核心的先导化学发光团DhX-CL1，并经结构优化获得亮黄色发光团DhX-CL4，在水相条件下量子产率高达35.4%，显著优于当前发射波长超过500 nm的二氧杂环丁烷类化学发光团。进一步通过p-共轭扩展与受体工程改造，团队成功发展了兼具长波长与高亮度双重优势的近红外发光团DhX-CL7，在808 nm处具有强近红外发射信号，并展现长效发光特性，亮度亦显著领先于已报道的近红外化学发光团。在应用探索中，研究团队将上述发光团与特异性响应基团相结合，构建出激活型化学发光探针DhX-CL4-gal和DhX-CL7-pn，分别用于肿瘤标志物β-半乳糖苷酶以及炎症标志物过氧亚硝酸的活体成像。DhX-CL4-gal可以高对比度清晰成像肿瘤区域，通过检测酶活差异区分正常与肿瘤组织甚至不同肿瘤类型，且可通过静脉注射实现活体内肿瘤的精准可视化成像。DhX-CL7-pn依托近红外高组织穿透优势，在炎症模型中呈现出色的组织深部成像能力，在炎症病灶监测方面具备独特优势。

总之，该研究开发的二氢呫吨化学发光团兼具发射波长可调、亮度高和生物相容性好等特征，为突破深部活体成像瓶颈提供了全新的分子设计理念，并为超高灵敏生物分析、疾病精准分析和诊断以及未来成像引导手术治疗等应用奠定了基础。

相关工作发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）期刊。北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院彭涛老师为唯一通讯作者，博士研究生廖孔锞、张丽娜为共同第一作者，博士研究生江杰、王菲菲参与研究。该工作得到了国家自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会等基金资助，以及北京大学深圳研究生院实验动物中心的大力支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202514236