近红外吸收功能菁染料的研究进展_孙成才
近红外吸收功能菁染料的研究进展孙成才,霍冀川,雷永林,吴瑞荣(西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳621010) 摘要 主要综述了在近红外吸收功能菁染料的合成过程中所使用的缩合剂及其特点、典型合成反应,并且综合分析了菁染料最大吸收波长、稳定性与其结构的关系,简述了近红外吸收功能菁染料的应用途径,从中归纳出了近红外吸收功能菁染料的发展方向。关键词 功能菁染料 近红外吸收 合成TheAdvanceofStudyontheNear-infraredAbsorbingCyanineDyesSUNChengcai,HUOJichuan,LEIYongli,WURuirong(CollegeofMaterialScienceandEngineeringSichuan,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010)Abstract Inthispaper,consendationreagentanditstraitusedinsynthesisofcyaninedyesandtypicalreac-tionofsynthesisofcyaninedyesaresummarized.Therelationbetweenthestructureofthedyesandthestabilityorab-sorbingpeak,andtheirfieldsofapplicationsareanalyzed.Theprogressdirectionaresummedup.Keywords cyaninedyes,near-infraredabsorbed,synthesis 0 引言近红外光是指波长在0.78～2.52μm之间的电磁波,即紫外-可见和中红外分析的中间波段。由于吸收近红外光的物质少,所以近红外光在传播过程中受到的干扰很小、对物质的透明性好,是一个新兴的、具有独特功能的光学领域。近红外技术则用于研究近红外光与物质相互作用关系,在军事侦察、红外伪装、物质分析、医疗检测、感光、光聚合、非线性光学材料等多个领域发挥着重要作用。具有近红外吸收功能的物质正不断被发现,例如:菁染料、酞菁染料、金属络合物染料、醌型染料、偶氮染料、游离基型染料、芳甲烷型染料等。菁染料是指发色团共轭体系两端建立在N-N原子间的脒离子插烯物,而且两个氮原子及部分多甲川链为杂环核的组成部分。由于共轭链的结构特点,菁染料分子可修饰性强、吸光系数高、吸收波长可调范围大,是最令人感兴趣的一类,并且已有很多应用的实例。近红外吸收型功能菁染料近几年发展很快,在合成方法、性能改进以及应用等方面都有很大的进步。1 近红外吸收功能菁染料的合成1.1 典型缩合剂近红外吸收功能菁染料的合成主要是由杂环化合物的α甲基与两端连有两个活性基团的缩合剂反应生成,其中缩合剂的选择非常重要。近年来人们使用最多的两种缩合剂[1～11]的结构如图1中a,b所示,它们的共同特点是制备过程简单,而且由1a合成的染料在光稳定性等方面性能较好,应用广泛,图1b则是在近期文献中唯一用于合成多甲川链非取代近红外吸收菁染料的缩合剂,因此受到研究者们的更多关注。除此之外,还有缩合剂图1c[12]、图1d[13]、图1e[14,15]等,其中图1c中的两个活性基团的反应条件不同,通过它可以容易得到不对称菁染料,而图1d是由最常见的小分子物质经过多步常规反应制得的。虽然操作繁琐,但是沿着这条思路可以实现多甲川链的多基团取代,加大染料分子的可修饰度,有望得到综合性能更优良的功能染料。
图1 缩合剂的结构Fig.1 Thestructureoftheconsendationreagent1.2 合成反应典型的近红外吸收功能菁染料是经缩合剂,由一步反应直接得到的(如图2中a,b所示[2]),操作简单,容易实现,产率也较高。不对称菁的合成则是通过两步反应实现的(如图2中c、d所示[3,12]),因此,与合成对称菁相比,操作相对复杂,产率低,但是,不对称菁功能染料往往表现出更加优异的性能,是目前研究的新方向。值得注意的是图2d中所使用的缩合剂与图2a相同,S.S.Ramos等[3]指出,通过严格控制反应条件可以使反应分步进行,从而可以实现不对称菁的合成。 48 材料导报 2006年8月第20卷第8期
图2 菁染料的合成反应Fig.2 Synthesisreactionofcyaninedyes 另外,有一些红外吸收功能菁染料是通过改变其他染料的某个基团而得到的,它类似于染料的改性,主要是为了增强染料某方面的使用性能。例如,图2e[1]中引入供电基团,增加了功能染料稳定性,图2f[16]中引入的冠醚结构,可以与金属离子钙作用,从而实现对痕量钙的测量,而图2g[17～19]中改变的则是其阴离子,这就使功能染料受红外光激发产生的电子容易转移给自由基引发剂(阴离子),成为高效的红外光引发剂。2 近红外吸收功能菁染料的结构与其最大吸收波长、稳定性的关系 菁染料是含有链共轭结构的分子,它对可见、近红外光的吸收源自于电子跃迁,因此,凡是能降低跃迁能差的结构都有利于分子吸收波长的红移,反之,则发生紫移。PingChen等[20]证实:菁染料的褪色主要是由光氧化引起的,它有电子转移和能量转移两种机制,为一阶动力学关系。能量转移机制: Dye+hν3Dye*(1)3Dye*+O2Dye+1O2*(1Δg)(2)1O2*+DyeDye-O2(Fading)(3)电子转移机制: Dye+hνDye*(4)Dye*+O2Dye++O2-(5)O2-+DyeFading(6)因此,凡是能延缓这个过程的结构变化都将增加菁染料的稳定性。人们目前尝试的手段主要有以下几种。2.1 增加链的长度链长度的增加能显著增加菁染料的最大吸收波长,且与分子轨道理论的计算结果相符。RedaMahmoudAbdEl-Aal[13]给出了一个粗略计算跃迁能的公式: ΔEtheo=h2/8mL2(N+1)其中:h为普朗克常量,m为电子质量,L为链长度,N为双键个数。从公式中可以看出,随着链的增加,虽然L与N都增加,但L为二阶,故ΔEtheo减小,相应的吸收波长增大。因此绝大多数的五甲川功能菁染料最大吸收波长都小于700nm。真正能在近红外领域发挥作用的很少。然而,随着多甲川链的增加,功能菁染料的稳定性迅速下降,主要是由于链的增长使链更加柔顺,易于遭受1O2和O-2的进攻。因此,超过七甲川的功能菁染料的报道几乎没有。目前人们使用和研究的近红外功能菁染料绝大部分是七甲川。可见,影响红外吸收功能菁染料最大吸收波长和稳定性的关键因素是多甲川链的长度。2.2 桥环结构桥环结构是公认较好的结构改进,在改进菁染料的稳定性方面受到了广泛关注[1,2,8,21,22],它主要是将含有不饱和键的环体引入共轭链,使多甲川链部分刚性化,同时增加其空间位阻,使1O2和O-2的进攻受阻。目前关于桥环对功能菁染料最大吸收波长影响的报道相对较少,曾有文献[2,21]称桥环可以增大功能菁染料的最大吸收波长,但影响不大。这两方面原因使人们对桥环结构非常重视。 49 近红外吸收功能菁染料的研究进展/孙成才等2.3 杂环核中的杂原子姚祖光[21]称,杂环核中杂原子电负性对功能菁染料的最大吸收波长有一定的影响,由于噻唑的碱性比吲哚大,故吸收波长红移,这是强吸电作用使共轭电子能量降低的结果。另有文献[23]称,杂原子的大小影响功能菁染料的稳定性,因此有:吲哚>噁唑>噻唑>哂唑。2.4 取代基取代基的变化是对功能菁染料进行修饰的一个重要途径,虽然一般认为吸电基团有利于降低功能染料的电子跃迁能,使吸收发生红移,但是综合分析文献可以看出:取代基的种类以及所处的位置都会对功能菁染料的性质产生不同的影响。Fen-glingSong等[1]指出,图3中R1位用苯取代常规的烷基,以及用供电基团(例如:苯胺)取代桥环上的氯原子都将改善染料的稳定性。H.A.Shindy等[24]认为:R5位被取代,无论取代基是吸电的还是供电的,功能菁染料的最大吸收波长都会发生红移。相对影响程度次序为:NO2>OCH3>CH3>Cl>H,然而R1是甲基还是乙基,对最大吸收波长没有明显的影响。RedaMahmoudAbdEl-Aal[11]指出,R3位的吸电基团比供电基团更有利于功能菁染料最大吸收波长的增加。图3 菁染料取代基位置Fig.3 Thepositionofthesubstituentgroups2.5 环境染料在使用过程中往往是处于一定的介质之中,因此环境对其性质也有明显的影响,例如,一些文献[2,11,25,26]中提到,溶剂的极性对功能菁染料的最大吸收波长及稳定性都有较大的影响。在极性溶剂中功能菁染料的最大吸收波长往往要小得多,有时其差值可达100nm以上。W.Holzer等[25]研究表明,功能菁染料在极性溶剂中大多以单、二聚态存在,而在非极性溶剂中则以多聚态存在,由此导致功能菁染料在非极性溶剂中更稳定。另外,其他因素也会有一定的影响,例如将染料与抗氧化剂一起使用可减少介质中1O2和O-2的含量,功能菁染料同样会趋于稳定。3 近红外吸收功能菁染料的应用相对于紫外-可见、中红外来说,近红外是一个新兴的光学领域,它独特的性质吸引我们去不断研究和认识。而功能菁染料正是这个领域中备受关注的近红外物质,它的应用已涉及到社会的许多方面,对人们的生产生活等都产生了深远的影响,并还在不断地扩展。主要的应用有:3.1 测痕量无机离子或分子痕量无机离子和分子的测量一般用分光光度法,虽然它操作简单、灵敏、准确,但当所测的物质处于复杂体系时,基于较短波长的光度法极易受到背景的干扰。具有较大摩尔吸光系数的近红外功能菁染料则利用较长波段,可以最大限度地排除这些干扰。功能菁染料与所测物质的作用方式可分为两类:一类是络合机制,这类功能染料往往含有类似于图2f中大环醚结构的功能基团,它可与对应的金属离子络合,从而改变功能菁染料的光谱性质,此方法可在无伤害、低干扰的情况下测生物体内0.1～10μmol/L浓度的钙离子;TarazillL等[27]用功能菁染料测血清中锂离子浓度,其检测限达到了7.43×10-11;另一类是通过减色效应,也就是所测物与功能菁染料发生化学反应,通过其褪色程度得出结论。张萍等[28]用三价铁离子定量地将功能菁染料氧化使其褪色,并根据褪色程度得出三价铁离子浓度,线性范围为5～30ng/mL,检测限为4.8ng/mL。MingshuLi等[14]利用功能菁染料在水中不稳定的性质测乙醇、甲醇中痕量水的浓度,指出其线性检测范围分别为0.001%～0.5%、0.001%～1.0%,检测限分别为0.0001%、0.005%。3.2 感光菁染料是主要的增感染料品种,随着科学技术的发展,红外胶片的应用也日渐广泛,涉及医学、光谱学、航测、法医学、伪证检查等领域。新一代红外胶片的特点是,既要向更长的远红外方向拓展,又要有较高的感光度。乐凯公司[29]采用二苯乙烯类衍生物抑制暗反应,起到了超增感的作用,同时还用抗坏血酸抑制功能染料的自减感过程。国外阿克发、柯达公司在使用吲哚类功能菁染料作为增感染料的同时,注重碳菁染料的超增感组合。3.3 红外光聚合引发剂激光引发聚合反应具有独特的优点,如温和条件下的快速反应,对能量和空间的要求不高,对环境污染小等,在近20年得到了迅速发展。目前,对紫外-可见区敏感的光聚合体系颇多,而有关对红外区敏感的光聚合体系的报道还很少,加之近几年来,体积小、价格低、性能稳定的红外激光二极管的成功开发,使红外激光引发聚合反应的研究具有重要意义。李斌等[17～19]报道了两种光聚合引发体系。它是由功能菁染料接受红外线激发,再将电子转移给阴离子而形成活性种,可以大大提高效率。3.4 热敏材料CTP技术计算机直接制版(CTP)技术,是将存储在计算机中的数字化资料,经编辑排版,由计算机控制的扫描设备直接输出到板材上,再经适当的处理用于印刷,是未来印刷业发展的方向,而热敏CTP板材是21世纪最具方向性的印刷板材。曹胜利等[10]合成了吸收波长在830nm的功能菁染料,并制备了热敏CTP板材,结果表明涂层均匀,没有颗粒析出,明锐度、灵敏度等性能方面接近同类板材的国际水平。3.5 其他应用除了以上的应用以外,利用近红外功能菁染料具有发射近红外荧光的特性,在生物大分子的测量(蛋白质[30,31]、DNA[32,33]等)、免疫医疗检测方面[34,35]也有广泛的应用。作为光盘记录材料,功能菁染料具有较高的吸光系数,并溶于有机溶剂,清晰度高、灵敏度高等特点。文献[5,20]报道了这类材料。姚祖光等[21]研制了一系列可在很大范围内调谐的红外激光功能染料,其中包括菁染料。作为三阶非线性材料[36],功能菁染料与无机材料相比,具有非线性光学系数大、高激光损伤阀值、低介电常数、快光学响应、易组合等优点,在光学设备中应用前景广阔。4 结语菁染料是一类性能优异、应用广泛的近红外功能材料,其中 50 材料导报 2006年8月第20卷第8期
可溶性近红外吸收剂氨基酞菁的合成及应用
第６６卷第４期 ２０１５年４月 化工 ＣＩＥＳＣ 学报 Ｊｏｕｒｎａｌ Ｖｂ１．６６ Ｎｏ．４ Ａｐｒｉｌ ２０１５
可溶性近红外吸收剂氨基酞菁的合成及应用
赵明，李坚，纪俊玲，任强，汪称意，艾宝林
（常州大学材料科学与工程学院，江苏省太阳能电池材料与技术重点实验室，江苏常州２１３１６４）
摘要：通过先合成脂肪氨基邻苯二腈再合成酞菁的工艺制备了一系列可溶性近红外吸收氨基酞菁。采用核磁共振
氢谱（ ＨＮＭＲ）、红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）、溶解性实验、紫外吸收光谱（ＵＶ－Ｖｉｓ）、热重分析法（ＴＧＡ）对氨基酞菁的结
构和性能进行了表征。结果表明成功合成了不同结构的氨基酞菁。在酞菁外围 取代脂肪族氨基以及采用Ｍｎ２
配位，可以得到较高溶解性的氨基酞菁。脂肪族氨基的供电子性能，尤其是 取代，配合Ｍｎ２ ，可使酞菁Ｑ带
出现较大红移，３，３，，３”，３＂－四正丁氨基锰酞菁（ａ－ＴｎＢＡＭｎＰｃ）在三氯甲烷溶液中的最大吸收波长可达８７０ ｎｎｌ。研
究了ａ－ＴｎＢＡＭｎＰｃ在聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）和水性聚氨酯（ｗＰＵ】中的近红外吸收性能，在ＰＭＭＡ膜片中，
ａ－ＴｎＢＡＭｎＰｃ的添加量超过０．６０％（质量分数）时，在８６２ ｎｎｌ波长处透过率为０；在ＷＰＵ涂层中，ａ－ＴｎＢＡＭｎＰｃ
含量超过０．４０％（质量分数）时，在８６６ ａｍ波长处透过率为０。
关键词：氨基酞菁；溶解性；吸收；近红外吸收涂层；酞菁；膜
ＤＯＩ：１０．１ １９４９￣．ｉｓｓｎ．０４３８—１ １５７．２０１４１５７６ 中图分类号：Ｏ ６２５．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：０４３８—１１５７（２Ｏ１５）Ｏ４～ｌ５７７—０８
Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｎｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｍｉｎｏ
ｐｈｔｈａｌ０ｃｙａｎｉｎｅ ｄｙｅｓ
ＺＨＡＯ Ｍｉｎｇ，ＬＩ Ｊｉａｎ，ＪＩ Ｊｕｎｌｉｎｇ，ＲＥＮ Ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｙｉ，ＡＩ Ｂａｏｌｉｎ
方酸菁染料在生物检测中的研究进展
方酸菁染料在生物检测中的研究进展
周晓鹰;王晶晶;刘晓骞
【摘 要】Squarylium is a new near-infrared organic dye.Due to its special
structure Donor-Accept-Donor,squaraine dyes in the visible-near infrared
region have a strong absorption and fluorescence emission, which have
been used increasingly in biological fluorescence imaging.This article
discussed the development and application of squaraine dyes in biological
fluorescence imaging.The squarylium probe fluorescence imaging as
markers in protein and tumoris was also introduced,as well as diagnosis
drugs in tumor.Moreover, the further development prospect in this field is
prospected.%方酸菁是一种新型的近红外有机染料,由于其特殊的 D-A-D 结构,在可见-近红外区域有强烈的吸收和荧光发射,因而越来越多地被应用在生物检测中.综述了近年来方酸菁染料在生物检测技术中的发展和应用,也介绍了方酸菁探针的荧光成像技术在蛋白质标记和肿瘤标记与诊断中的应用,并展望了该领域的发展前景.
【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(029)002
【总页数】7页(P34-40)
近红外i区荧光染料
近红外i区荧光染料
近红外I区荧光染料是一类在生物医学领域应用广泛的荧光探针，它们具有在近红外光谱范围内发射荧光的特性。
近红外荧光染料主要分为两个区域：近红外I区（NIR-I）和近红外II区（NIR-II）。NIR-I区的波长范围是650-900 nm，而NIR-II区的波长范围是1000-1700 nm。这些染料因其较长的波长，能够在生物体内降低自身荧光的干扰，从而提高检测的灵敏度和限度。
以下是一些常见的近红外I区荧光染料的特点：
800CW染料：这是一种高水溶性的荧光染料，其最大激发和发射波长分别为780 nm和800 nm。它适用于蛋白质和抗体标记，以及核酸应用，具有高标记密度、低非特异性结合和高信噪比的特点。
IR系列：这一系列的染料被用于活体成像，因为它们具有较大的光穿透深度和较低的背景值，能够准确反映体内的信息。
Cy系列：又称为菁染料，包括Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7和Cy7.5等，这些染料在生物大分子标记和肿瘤研究等领域有广泛的应用。
ICG系列、EC系列、CH1055系列：这些系列也提供了多种选择，以适应不同的实验需求和应用场景。
近红外I区荧光染料由于其独特的光学特性，在生物医学研究和临床诊断中发挥着重要作用。它们能够提供较低的背景信号和较高的组织穿透能力，使得活体成像和实时监测成为可能。在选择适合的荧光染料时，需要考虑实验的具体需求，如标记对象、所需的波长范围、灵敏度要求等因素。
七甲川花菁染料的研究进展
七甲川花菁染料的研究进展
俞开潮;金玲;程红
【摘 要】近红外七甲川花菁染料作为功能染料不断得到广泛应用.本文主要对七甲川花菁染料的结构、合成及其应用进行了综述.参考文献23篇.
【期刊名称】《合成化学》
【年(卷),期】2004(012)001
【总页数】6页(P38-42,68)
【关键词】七甲川花菁染料;近红外荧光;应用;合成;综述
【作 者】俞开潮;金玲;程红
【作者单位】华中科技大学化学系,湖北,武汉,430074;华中科技大学化学系,湖北,武汉,430074;华中科技大学化学系,湖北,武汉,430074
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ613
1989年，砷化镓铝(GaAlAs)二极管激光器问世，它的工作波长在近红外区，这使得与之相匹配的近红外吸收染料成为功能染料研究的热点之一，每年都有大量的专利文献报道[1～4]。近红外花菁染料作为其中一类，部分已得到实际应用，并不断有新的种类涌现。近红外甲川花菁染料吸收和发射光谱区位于530nm～1200nm(近红外荧光λem>600nm)。相对于常规荧光(λem<600nm)检测而言,在近红外荧光光区,生物样品基体光吸收或荧光强度很小,因而背景干扰大大降低,并且由于散射光强度与波长的四次方成反比,随波长的增加,拉曼散射迅速减小,使散射干扰也大为减少。七甲川作为甲川花菁染料的一种，吸收波长更长，背景干扰更小，应用前景也就更为广阔。
1 七甲川花菁染料的结构及其合成与修饰
1.1 七甲川花菁染料的结构
甲川花菁染料中间为多次亚甲基桥,两端为噻唑、NFDA2唑、苯并噻唑和苯并NFDA2唑等杂环,中间或两端可修饰上多种基团,以获得不同的特性和用途。作为一个大的共轭体系，甲川花菁染料伴随着共轭链的增长，分子中电子激发能降低，吸收波长更长，但同时分子的光稳定性也随之降低，因而亚甲基桥不宜过长。近红外甲川染料中,常见的有五甲川花菁染料和七甲川花菁染料。就七甲川花菁染料而言，杂环母核上取代杂原子越大，其稳定性越低，即吲哚>NFDA2唑>噻唑>哂唑，为提高染料的稳定性，通常采用以下3种方法：(1)在甲川链上引入不饱和的环体结构，使分子部分刚性化，增加光氧化时的空间位阻，提高其光稳定性能；(2)在分子中引入强吸电子基团，如-NO2，-CN等，降低分子的HOMO轨道能量，增强其抗氧化性能；(3)将花菁染料与单线态氧淬灭剂配合使用,这种淬灭剂可以是金属螯合物类、胺类、氮杂环类、色满类、酚类和有机磷化合物等多种物质[5]。七甲川花菁染料常见结构如Chart 1所示。
BODIPY类近红外荧光染料的研究进展
BODIPY类近红外荧光染料的研究进展
孙丹;袁雪梅;徐海军;徐莉;沈珍
【摘 要】近红外BODIPY分子是一类新兴的荧光染料,因其具有优异的光物理和光化学性能而得到广泛的研究,已成为一个新兴的研究热点.本文综述了近年来BODIPY类近红外荧光分子的设计、合成及应用的最新研究进展,并展望了其未来的发展方向和应用前景.
【期刊名称】《无机化学学报》
【年(卷),期】2015(031)008
【总页数】13页(P1467-1479)
【关键词】氟硼二吡咯;近红外;荧光染料;光电功能材料
【作 者】孙丹;袁雪梅;徐海军;徐莉;沈珍
【作者单位】南京林业大学化学工程学院,江苏生物质能源与化学品重点实验室,南京210037;南京林业大学化学工程学院,江苏生物质能源与化学品重点实验室,南京210037;南京林业大学化学工程学院,江苏生物质能源与化学品重点实验室,南京210037;南京大学配位化学国家重点实验室,南京210093;南京林业大学现代分析测试中心,南京210037;南京大学配位化学国家重点实验室,南京210093
【正文语种】中 文
【中图分类】O613.8+1;O641.4
近红外荧光染料的吸收和发射波长为700～1 100 nm，在该范围内物质对近红外光的吸收比较少，因此近红外光在传播过程中受到的干扰小、对物质透过性好；特别是在该光谱区，生物分子自身的吸收和荧光最小，并且随波长的增加，可以避免生物体散射光以及自荧光对检测结果造成的偏差影响，散射干扰也大为减少；且对组织细胞渗透性强[1-3]。因此，近红外荧光染料在生物检测领域具有无与伦比的优势，不仅可避免背景干扰而获得较高的分析灵敏度，而且还可以降低对生物体的损伤[1,4]。近年来，近红外染料分子在光学成像、肿瘤诊断、军事侦察、红外伪装、非线性光学材料和荧光标识等多个领域发挥着显著作用，使得合成近红外吸收和荧光发射的染料分子成为化学、材料和生物等科学领域的研究热点[3,5-7]。
新型七甲川菁染料用作肿瘤模型活体成像的研究进展
新型七甲川菁染料用作肿瘤模型活体成像的研究进展
王哲轩;赵宁宁;张彩勤;李卓昊;师长宏
【摘 要】一种近红外荧光(NIRF)七甲川菁染料不需要化学修饰,可直接被肿瘤细胞吸收呈特异性聚集,从而可用于肿瘤活体成像.这种染料在肿瘤细胞与正常细胞之间的摄取差异可能是由于特异型有机阴离子转运肽的作用,并受到低氧条件控制.这些特性将会拓展NIRF类染料在肿瘤成像研究中的应用.
【期刊名称】《中国实验动物学报》
【年(卷),期】2016(024)001
【总页数】5页(P97-101)
【关键词】近红外荧光;七甲川菁染料;肿瘤靶向性;活体成像;有机阴离子转运肽
【作 者】王哲轩;赵宁宁;张彩勤;李卓昊;师长宏
【作者单位】第四军医大学学员旅四营十五连,西安710032;第四军医大学实验动物中心,西安710032;第四军医大学实验动物中心,西安710032;第四军医大学实验动物中心,西安710032;第四军医大学学员旅四营十五连,西安710032;第四军医大学实验动物中心,西安710032
【正文语种】中 文
【中图分类】Q95-33
近红外荧光染料(near infrared fluorescent dye, NIFR)是一类聚甲基菁染料的杂环化合物，它是由两端或中间的杂环、芳环与分子内部的多次甲基链组成的一个大π共轭体系，常见的两种NIRF染料IR-783和MHI-148结构如图1[1]。该类染料有着较高的体内消除率和较大的斯托克斯位移，能够诱发产生范围在700～1000 nm之间的强荧光，为肿瘤诊断提供了可能性[2]。该类染料应用于体内成像，显示出诸多优势，比如能够标记配体、产生信号强、组织吸收好等；可以和不同的成像染料联合使用；背景自发荧光低[3-4]。吲哚菁绿(ICG)是目前唯一被美国FDA批准可用于临床医学诊断的NIFR染料，它已被广泛应用于鉴别良性或恶性肿瘤。常规NIFR染料一般需要与肿瘤细胞特异靶向配体结合才能用于肿瘤成像，靶向配体种类多种多样，包括代谢底物[5]、细胞表面肽[6]、生长因子[7]、抗体[8]以及肿瘤细胞表面特异性抗原等[9]。因为靶向配体不同，而肿瘤细胞又具有异质性，所以只有一些特异型肿瘤细胞才能被该类染料识别。另外，配体与肿瘤细胞的化学结合可能会改变这类染料用于成像的靶向性[10]。
近红外吸收染料
近红外吸收染料
近红外吸收染料是一种能够吸收近红外光谱范围内的染料，其在医学、生物、化学等领域中有着广泛的应用。近红外吸收染料的发展历程可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们开始研究近红外光谱范围内的吸收现象，并尝试寻找一种能够吸收近红外光谱的染料。
随着科技的不断进步，近红外吸收染料的种类也越来越多。目前，常见的近红外吸收染料有铟酞菁、硫化铟、硫化铜等。这些染料具有很强的吸收能力，能够吸收近红外光谱范围内的光线，并将其转化为热能或荧光信号。
近红外吸收染料在医学领域中有着广泛的应用。例如，在肿瘤治疗中，医生们可以利用近红外吸收染料将药物输送到肿瘤部位，从而提高治疗效果。此外，近红外吸收染料还可以用于医学成像，例如近红外荧光成像技术，可以通过注射近红外吸收染料，将其在体内的分布情况进行成像，从而帮助医生进行诊断和治疗。
除了医学领域，近红外吸收染料还有着广泛的应用。例如，在食品工业中，可以利用近红外吸收染料进行食品成分分析，从而保证食品的质量和安全。在环境监测中，近红外吸收染料可以用于检测空气中的污染物，从而保护环境和人类健康。
总的来说，近红外吸收染料是一种非常重要的化学物质，其在医学、生物、化学等领域中有着广泛的应用。随着科技的不断进步，相信近红外吸收染料的应用领域还会不断扩大，为人类的健康和生活带来更多的福利。
菁染料的研究进展
广东化工 ｗａｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ ２００７年第２期 第３４卷总第１６６期
菁染料的研究进展
王继东，王丽秋
（燕山大学，河北秦皇岛０６６００４）
［摘要］菁染料以其特有的结构，已成为在光谱增感、光盘存储、生物分析、太阳能电池、无机离子和的测量等方面应用广泛
的功能材料之一。本文综述了近几年的研究情况，简单介绍了菁染料的相关知识，和它在合成方面的进展，以及在以上几个方面的
应用情况。 ［关键词］菁染料；合成；应用
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｃｙａｎｉｎｅ Ｄｙｅ
Ｗａｎｇ Ｊｉｄｏｎｇ，Ｗａｎｇ Ｌｉｑｉｕ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｙａｎｓｈａｎ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｉｍｐｌｙ ｔｈｅ ｃｙａｎｉｎｅ ｄｙｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｓｐｅｃｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｄｉｖｉｄｅｓ ｆｉｖｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｗｉｔｈ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｔｏ ｂｒｉｅｆｔｈｅ ｃｙａｎｉｎｅ ｄｙｅ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｃｙａｎｉｎｅ ｄｙｅ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
自从ｌ８６５年…菁染料被发现以来，这类染料逐渐在照相感
光及其它高新技术领域的应用中占据了重要地位。其最初的用
途是作为光谱增感剂应用于卤化银照相乳剂中，扩大卤化银的 感光范围并提高感光能力。近年来，随着相关科学技术的发展，
菁染料及其衍生物在光存储及生物医学方面的应用研究也越来 越多。如苯并吲哚菁染料己被广泛应用于光盘存储、生物荧光 检测分析、有机太阳能电池及非线性光学材料等领域；苯并噻
唑类菁染料用于生物荧光标记等领域。这些新应用领域的不断 开发，推动了菁染料研究的不断发展，因此菁染料成为目前化
近红外吸收功能菁染料的研究进展_孙成才
近红外吸收功能菁染料的研究进展孙成才,霍冀川,雷永林,吴瑞荣(西南科技大学材料科学与工程学院,绵阳621010) 摘要 主要综述了在近红外吸收功能菁染料的合成过程中所使用的缩合剂及其特点、典型合成反应,并且综合分析了菁染料最大吸收波长、稳定性与其结构的关系,简述了近红外吸收功能菁染料的应用途径,从中归纳出了近红外吸收功能菁染料的发展方向。关键词 功能菁染料 近红外吸收 合成TheAdvanceofStudyontheNear-infraredAbsorbingCyanineDyesSUNChengcai,HUOJichuan,LEIYongli,WURuirong(CollegeofMaterialScienceandEngineeringSichuan,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010)Abstract Inthispaper,consendationreagentanditstraitusedinsynthesisofcyaninedyesandtypicalreac-tionofsynthesisofcyaninedyesaresummarized.Therelationbetweenthestructureofthedyesandthestabilityorab-sorbingpeak,andtheirfieldsofapplicationsareanalyzed.Theprogressdirectionaresummedup.Keywords cyaninedyes,near-infraredabsorbed,synthesis 0 引言近红外光是指波长在0.78～2.52μm之间的电磁波,即紫外-可见和中红外分析的中间波段。由于吸收近红外光的物质少,所以近红外光在传播过程中受到的干扰很小、对物质的透明性好,是一个新兴的、具有独特功能的光学领域。近红外技术则用于研究近红外光与物质相互作用关系,在军事侦察、红外伪装、物质分析、医疗检测、感光、光聚合、非线性光学材料等多个领域发挥着重要作用。具有近红外吸收功能的物质正不断被发现,例如:菁染料、酞菁染料、金属络合物染料、醌型染料、偶氮染料、游离基型染料、芳甲烷型染料等。菁染料是指发色团共轭体系两端建立在N-N原子间的脒离子插烯物,而且两个氮原子及部分多甲川链为杂环核的组成部分。由于共轭链的结构特点,菁染料分子可修饰性强、吸光系数高、吸收波长可调范围大,是最令人感兴趣的一类,并且已有很多应用的实例。近红外吸收型功能菁染料近几年发展很快,在合成方法、性能改进以及应用等方面都有很大的进步。1 近红外吸收功能菁染料的合成1.1 典型缩合剂近红外吸收功能菁染料的合成主要是由杂环化合物的α甲基与两端连有两个活性基团的缩合剂反应生成,其中缩合剂的选择非常重要。近年来人们使用最多的两种缩合剂[1～11]的结构如图1中a,b所示,它们的共同特点是制备过程简单,而且由1a合成的染料在光稳定性等方面性能较好,应用广泛,图1b则是在近期文献中唯一用于合成多甲川链非取代近红外吸收菁染料的缩合剂,因此受到研究者们的更多关注。除此之外,还有缩合剂图1c[12]、图1d[13]、图1e[14,15]等,其中图1c中的两个活性基团的反应条件不同,通过它可以容易得到不对称菁染料,而图1d是由最常见的小分子物质经过多步常规反应制得的。虽然操作繁琐,但是沿着这条思路可以实现多甲川链的多基团取代,加大染料分子的可修饰度,有望得到综合性能更优良的功能染料。
近红外吸收染料 2
近红外吸收染料
概述
近红外吸收染料是一类具有在近红外波段范围内吸收特性的染料，通常用于科学研究、工业应用以及生物医学领域等。它们的主要特点是在近红外光谱范围内具有较高的吸收截面积，能够有效地吸收近红外光线，使其在特定应用中发挥重要的作用。
近红外光谱
近红外光谱波段通常定义为在780纳米到2500纳米之间的波长范围。近红外光谱是电磁波谱的一部分，延续了可见光谱的一部分，但波长较长，频率较低。近红外光谱在科学研究和应用中具有广泛的用途，特别是在化学、物理、药学和生物医学等领域。
近红外吸收原理
近红外吸收染料的吸收特性是通过其分子结构和电子能级之间的相互作用来实现的。这些染料的分子结构通常包括共轭体系，可以吸收多种波长的光线。当近红外光通过染料溶液时，染料分子会吸收光的能量，并将其转化为分子内部的激发态。这种激发态可以被用于各种实际应用，如光学传感器、光热治疗和光敏化学反应等。
近红外吸收染料的应用
科学研究
近红外吸收染料在科学研究中发挥着重要作用。科学家们利用近红外光谱来研究材料的结构和性质。近红外吸收染料可以用作荧光探针，在细胞和生物分子的研究中起到标记和探测的作用。通过针对不同物质的吸收特性，可以实现对样品中特定物质的定量分析和检测。
工业应用
近红外吸收染料在工业应用中也有着广泛的应用。工业流程监控中，可以使用近红外吸收染料来检测和分析样品中的特定成分。例如，在精炼石油和化工过程中，可以利用近红外吸收染料来监测反应物的浓度、反应速率以及产品的纯度。这种监测方法可以实现无需取样、非破坏性、实时在线监测，提高生产效率和质量控制水平。
生物医学应用
近红外吸收染料在生物医学领域中有着广泛的应用。近红外光能够穿透生物组织，而且对生物体无害，所以被广泛用于医学成像和光学诊断等领域。近红外吸收染料可以被用作生物标记物，用于肿瘤诊断、血流检测等应用中。此外，近红外光和近红外吸收染料还被广泛应用于光热治疗，通过将光能转化为热能，破坏肿瘤细胞，达到治疗的效果。