Merged Molecular Switches Excel as Optoacoustic Dyes: Azobenzene–Cyanines Are Loud and Photostable NIR Imaging Agents

生物医学中的光声成像 超短脉冲 分子成像 偶氮苯 分子开关 荧光 纳米技术 化学 材料科学 分子 光学 激光器 有机化学 物理 生物技术 体内 生物
作者
Markus Müller,Nian Liu,Vipul Gujrati,Abha Valavalkar,Sean Hartmann,Pia Anzenhofer,Uwe Klemm,András Telek,Benjamin Dietzek‐Ivanšić,Achim Hartschuh,Vasilis Ntziachristos,Oliver Thorn‐Seshold
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (33): e202405636-e202405636 被引量:20
标识
DOI:10.1002/anie.202405636
摘要

Abstract Optoacoustic (or photoacoustic) imaging promises micron‐resolution noninvasive bioimaging with much deeper penetration (>cm) than fluorescence. However, optoacoustic imaging of enzyme activity would require loud, photostable, NIR‐absorbing molecular contrast agents, which remain unknown. Most organic molecular contrast agents are repurposed fluorophores, with severe shortcomings of photoinstability or phototoxicity under optoacoustic imaging, as consequences of their slow S 1 →S 0 electronic relaxation. We now report that known fluorophores can be rationally modified to reach ultrafast S 1 →S 0 rates, without much extra molecular complexity, simply by merging them with molecular switches. Here, we merge azobenzene switches with cyanine dyes to give ultrafast relaxation (<10 ps, >100‐fold faster). Without even adapting instrument settings, these azohemicyanines display outstanding improvements in signal longevity (>1000‐fold increase of photostability) and signal loudness (>3‐fold even at time zero). We show why this simple but unexplored design strategy can still offer stronger performance in the future, and can also increase the spatial resolution and the quantitative linearity of photoacoustic response over extended longitudinal imaging. By bringing the world of molecular switches and rotors to bear on problems facing optoacoustic agents, this practical strategy will help to unleash the full potential of optoacoustic imaging in fundamental studies and translational uses.
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