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作者与机构
本文由Yiqi Gao和Zuhai Lei撰写，两位作者均来自复旦大学药学院智能药物递送教育部重点实验室，Zuhai Lei同时隶属于复旦张江研究院。论文发表于2023年的《Analytical and Bioanalytical Chemistry》期刊，DOI为10.1007/s00216-022-04463-z。

主题与背景
本文的主题是“近红外二区（NIR-II, 1000–1700 nm）发射的xanthenoid荧光染料的开发及其在体内应用中的研究进展”。近红外二区荧光成像因其在生物组织中的低散射、低吸收和低自体荧光特性，能够实现更深的穿透深度和更高的分辨率，近年来受到广泛关注。xanthenoid荧光染料作为一类经典的有机小分子染料，因其良好的稳定性、高亮度和光谱可调性，逐渐成为NIR-II成像领域的研究热点。本文综述了近年来xanthenoid荧光染料在NIR-II发射波长调控及其在生物成像和生物传感中的应用进展，并探讨了其面临的挑战与未来发展方向。

主要观点与论据

1. xanthenoid荧光染料的发展历史与特性
xanthenoid荧光染料的核心结构是xanthene，其代表性染料包括荧光素（fluorescein）和罗丹明（rhodamine）。自19世纪末被发现以来，xanthenoid染料在细胞成像、免疫荧光和超分辨率成像等领域得到了广泛应用。近年来，研究人员通过扩展π共轭体系、替换10位氧原子等策略，成功将xanthenoid染料的发射波长从可见光区红移至近红外区。然而，大多数xanthenoid染料的发射波长仍低于800 nm。直到2009年，Dai等人首次利用碳纳米管实现了NIR-II窗口的高分辨率活体成像，推动了NIR-II荧光成像技术的发展。此后，xanthenoid染料逐渐成为NIR-II成像材料的重要研究方向。

2. 实现更长波长的策略
实现xanthenoid荧光染料的NIR-II发射主要通过两种策略：一是扩展共轭链，二是替换10位氧原子。
- 扩展共轭链：通过在xanthene骨架上引入苯环或其他共轭结构，可以显著红移染料的发射波长。例如，Yamada等人通过在荧光素中引入两个苯环，成功将发射波长延伸至967 nm。然而，这类染料通常稳定性较差，易受亲核试剂攻击。Yang等人通过引入julolidine环和刚性螺环结构，开发了ECX系列染料，其发射波长可达深近红外区，并表现出优异的光稳定性和亮度。
- 10位氧原子替换：将xanthene核心的10位氧原子替换为硫、硒、硅等原子，也是一种有效的红移策略。例如，Schnermann等人通过引入酮桥结构，成功将染料的吸收和发射波长分别延伸至860 nm和1000 nm以上。此外，直接去除桥接氧原子也是一种可行的策略，能够将染料的发射波长延伸至1037 nm。

3. xanthenoid荧光染料的生物应用
xanthenoid荧光染料在NIR-II窗口的生物成像和生物传感中展现出巨大潜力。
- 生物成像：xanthenoid染料因其高亮度和光谱可调性，逐渐成为NIR-II生物成像的重要材料。例如，Yang等人利用ESI5系列染料成功实现了小鼠脑血管的高分辨率成像，并展示了其在光声成像中的应用潜力。
- 生物传感：xanthenoid染料还可用于构建NIR-II荧光探针，通过调控其分子内电荷转移（ICT）过程或利用螺环/开环平衡，实现生物分子的高灵敏度检测。例如，Zhang等人开发了一种基于螺环/开环平衡的pH荧光探针，能够实现肿瘤微环境中pH的动态监测。

4. 挑战与未来方向
尽管xanthenoid荧光染料在NIR-II窗口中展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战。首先，大多数xanthenoid染料的量子产率较低，难以满足高亮度成像的需求。其次，许多染料的溶解性较差，限制了其在生物介质中的应用。未来的研究应着重于平衡波长与亮度、稳定性与溶解性之间的关系，并开发更多可激活的NIR-II荧光探针，以拓展其在医学研究中的应用。

论文的意义与价值
本文系统综述了xanthenoid荧光染料在NIR-II窗口中的研究进展，详细讨论了其波长调控策略及其在生物成像和生物传感中的应用。本文不仅为研究人员提供了全面的研究背景和技术路线，还为未来开发高性能NIR-II荧光染料提供了重要指导。此外，本文还指出了当前研究中的挑战与未来发展方向，为相关领域的进一步研究提供了思路。

亮点
本文的亮点在于其全面性和前瞻性。作者不仅总结了xanthenoid荧光染料在NIR-II窗口中的最新研究进展，还深入探讨了其波长调控策略及其在生物应用中的潜力。此外，本文还提出了未来研究的关键挑战与发展方向，为相关领域的研究人员提供了重要的参考价值。