天津大学胡文平团队吴煌课题组Angew (VIP)︱深红外发光的环套笼复合物用于溶酶体成像

生物成像技术在早期疾病诊断与手术导航中的作用日益凸显，正推动临床实践由经验驱动逐步迈向精准化与个体化治疗。在影响成像性能的众多关键因素中，空间特异性与信噪比尤为重要。为实现高效生物成像，成像探针需要同时具备优异的生物相容性、良好的光学性能以及高度的靶向选择性，研究人员致力于开发长波长发射生物探针、上转换纳米材料以及双光子荧光探针，以增强组织穿透能力并降低光损伤风险。尽管上述策略已取得显著进展，但部分生物探针仍依赖外源性靶向分子实现选择性成像，这不仅增加了合成步骤与制备成本，也可能带来生物相容性方面的隐患，从而限制其实际应用。因此，找到一种构筑高效自适应、具有选择性且综合性能优异的生物成像探针的方法，仍是该领域长期以来亟待解决的核心挑战。

近期，天津大学胡文平团队吴煌课题组等通过超分子组装策略构筑了一种独特的环套笼复合物TPBCage6+Ì3CB[8]（图1），该复合物通过供体-受体型六阳离子TPBCage6⁺与三个CB[8]的逐步组装构建而成。核磁共振氢谱和密度泛函理论计算证实，所得复合物呈现出热力学稳定的C₂对称几何构型，而非预期的C₃对称构象。CB[8]的包结有效抑制了TPBCage6⁺的自聚集，并缩小了其能隙，导致发射峰从552 nm红移至652 nm，同时量子产率显著提高。得益于其优异的光物理性能和良好的生物相容性，TPBCage6+Ì3CB[8]实现了在深红色区域高信噪比的溶酶体选择性细胞成像，展示了环套笼组装作为高性能生物成像稳健平台的巨大潜力。论文第一作者是王慧娟，通讯作者是吴煌教授。

通过核磁滴定、紫外可见光谱滴定、荧光光谱滴定和高分辨质谱证实了供体-受体型六价阳离子笼与葫芦[8]脲之间的逐步超分子组装，一分子的CB[8]先键合在笼的一条臂上靠近核心的苯乙烯部位，另外两分子的CB[8]键合在另外两条臂的乙烯基吡啶部位构建出一种环套笼复合物TPBCage6+Ì3CB[8]。三个CB[8]大环结构紧密包裹六价阳离子笼，形成热力学稳定的C₂对称超结构。CB[8]的包封有效抑制了分子间的π–π堆积作用，从而提高了该复合物在水中的溶解性。此外，CB[8]的包封还缩小了笼的能隙，使发射光谱从552 nm明显红移至652 nm，同时荧光量子产率显著提高。与传统的主客体复合物相比，环套笼结构具有多位点结合基序，形成了一种在复杂生理环境中仍能保持完整性的稳定复合物。其C₂对称构象保留了两个暴露的吡啶基单元，在一定程度上相较于游离笼可减少生物成像中的非特异性相互作用，有助于在活细胞中实现溶酶体选择性成像。得益于其明亮的深红色发射、优异的生物相容性和固有选择性，TPBCage6+Ì3CB[8]复合物能够在深红色区域实现高信噪比的高特异性溶酶体成像。本研究验证了可设计的分步超分子组装在水相环境中实现精确结构与光物理调控的潜力，并揭示了一种独特的“环套笼”识别基序，为构建高性能、高选择性的生物成像探针提供了理性设计依据。

环套笼复合物TPBCage6+Ì3CB[8]的分子结构式、组装示意图及其细胞成像。

Title:A Deep-Red Emissive Cage-in-Rings Complex for Lysosome Imaging

Published in:Angew. Chem. Int. Ed. 2026, e7910152. doi: 10.1002/anie.7910152.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.7910152

研究团队介绍

吴煌，天津大学英才教授、博导，国家级青年人才。2014年本科毕业于天津大学化学系，2019年博士毕业于南开大学，期间赴美国西北大学Stoddart课题组联合培养。2019-2023年在Stoddart 课题组从事博士后研究，2023-2024年任香港大学研究助理教授。吴煌教授以新型主客体的设计合成为基础，分子识别与组装为手段，聚焦超分子光电材料与器件的精准构筑展开研究，取得系列研究成果。基于此，吴煌教授在国际权威期刊发表论文近60篇，申请专利7项，其中通讯或第一作者论文25篇，包括Nature, Nat. Rev. Methods Primers, Nat. Commun.(3篇), Chem, J. Am. Chem. Soc.(4篇), Angew. Chem. Int. Ed.(3篇), Adv. Mater.(2篇), Matter, Acc. Chem. Res.等。其研究工作受到了国内外同行的广泛关注，同时被新华社、光明日报(实体报纸)、人民网、C&EN和Le Scienze等五十多家媒体报道。此外，他还担任多个学术期刊的审稿人，包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chin. Chem. Lett.等。