Polymethine Chromophores for NIR-II Phototheranostics: From Molecular Engineering to Nanoformulation-Enabled Bioapplications

纳米技术 分子工程 荧光团 发色团 材料科学 生物成像 分子成像 溶剂变色 树枝状大分子 荧光 结构刚度 化学 分子探针 模块化设计 分子间力 光学成像 分子结合 合理设计 分子开关
作者
Xiao-Yun Ran,Yi-Ming Zhang,Wen-Li Xia,Long-Xuan Li,Fan Zhang,Ya-Song Cao,Xiao-Qi Yu,Kun Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.6c08317
摘要

Polymethine chromophores, particularly cyanine and cyanine-like dyes, have emerged as key molecular platforms for bioimaging in the second near-infrared window (NIR-II) owing to their tunable long-wavelength absorption and emission, high molar absorptivity, and modular structural programmability. Advances in chain engineering, end-group modification, and donor-acceptor modulation have substantially expanded the chemical space of polymethine-based NIR-II fluorophores and enabled improved control over their optical properties and excited-state behavior. However, favorable molecular photophysics do not necessarily translate into reliable biological performance, as free polymethines remain vulnerable to aggregation-caused quenching, solvatochromic instability, biomolecular interference, unfavorable in vivo fate, and limited photostability. Nanoformulation has, therefore, become a central strategy for bridging molecular design and biological function. By regulating intermolecular packing, protecting the fluorophore microenvironment, optimizing pharmacokinetics and biodistribution, and enabling the integration of targeting, activatable responses, multimodal imaging, and therapy, nanoformulated polymethines have evolved from simple fluorescent dyes into adaptable NIR-II imaging and theranostic platforms. This review summarizes recent progress in molecular engineering, barriers to direct biological application, and nanoformulation-enabled imaging and theranostic applications and discusses remaining challenges and future opportunities for translational development.
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