近日，上海交通大学医学院肖泽宇教授团队在国际化学权威期刊 Angew. Chem. Int. Ed. 发表最新研究成果。团队发展一种分子改造策略，可将传统荧光分子转变为堆叠增强拉曼探针，为高灵敏活体拉曼成像提供新的分子工具。研究以经典荧光分子 HTS 为起始骨架，通过硫-硒取代与 N-烷基化双重分子修饰，成功构筑全新堆叠增强拉曼活性分子探针 ATSe。该探针有效抑制荧光背景干扰，同时兼具优异的活体拉曼检测灵敏度与高光热转换能力。此项工作拓展了堆叠增强拉曼的分子探针体系，为丰富可用于活体高灵敏拉曼成像的探针分子开发提供了重要的设计思路。

拉曼光谱：识别分子结构的“指纹”，却常因信号微弱而难以检测

拉曼光谱凭借提供分子结构指纹信息的独特优势，在生物医学检测中具备巨大应用潜力；但拉曼散射信号十分微弱，极大限制了实际应用。传统策略主要依靠表面增强拉曼散射（SERS）效应实现信号放大，然而该策略依赖金、银等贵金属基底来构筑探针，受材料组分、颗粒尺寸、体内代谢行为、实验重复性等多重因素制约，增加了活体生物应用转化的技术门槛与落地难度。

针对上述瓶颈，肖泽宇教授团队提出不依赖基底材料、仅依靠报告分子自堆叠实现高灵敏拉曼信号增强的全新策略－堆叠诱导三维空间电荷转移增强拉曼散射（Stacking-Induced three-dimensional Charge-Transfer Enhanced Raman Scattering，SICTERS，简称堆叠增强拉曼）。该类报告分子具有电子供体-受体-供体的平面共轭结构，可借助分子内与分子间电荷转移，在分子有序堆叠条件下，无需外源基底即可产生极强的拉曼信号：堆叠体中每分子信号相比普通小分子可提升10⁷数量级；同等粒径条件下制备的SICTERS探针，信号较传统 SERS 探针高出约10³数量级，实现活体无创高灵敏度拉曼成像（Nature Biotechnology, 2025）。在此基础上，团队后续发展兼具拉曼信号与光热效应的新结构SICTERS分子（J Am Chem Soc, 2025，Advaced Science 2025）；并实现内镜引导下结肠肿瘤的精准鉴别诊断（Science Advances, 2025）。尽管已有进展，但目前已报道符合堆叠增强效应的分子结构仍然有限。现有荧光染料分子种类丰富、结构多样，如何将已有的荧光分子改造为符合堆叠增强拉曼机制的分子，是拓展堆叠增强拉曼探针结构类型的关键。

让荧光分子“暗下来”，被遮挡的拉曼信号就“水落石出”

强荧光背景可能像过亮的灯光一样，掩盖本就微弱的拉曼“指纹”。因此，将荧光分子转化为拉曼探针，关键在于让荧光分子暗下来。在能量层面来讲就是重新安排分子吸收光能后的能量耗散路径：减少以荧光形式释放的能量，让更多的能量以拉曼散射和热能的方式释放。

研究团队由此提出两项协同的分子改造方法。第一步是硫-硒取代。过去，这类取代常被用于调节分子的发射波长；而在本研究体系中，引入硒增加了分子内电荷转移，抑制辐射跃迁，并促进非辐射能量耗散，使荧光显著减弱。第二步是N-烷基化。N-烷基化通常用于调节溶解性或化学性质，本研究则利用它进一步改变分子的吸收谱，使吸收向近红外区域移动并更好地匹配激发光，从而获得共振拉曼增强。两项改造分别解决“降低荧光背景”和“提高拉曼响应”两个问题，共同将HTS转化为SICTERS活性分子ATSe。

在性能方面，ATSe的荧光量子产率低至0.01%，说明其荧光背景被有效压低；拉曼检测限达到0.014 μg mL⁻¹，表现出优异的检测灵敏度。与此同时，更快的非辐射能量耗散并没有被浪费，而是转化为热能，使ATSe获得71.37%的光热转换效率。研究团队进一步将ATSe制备为适合生物应用的纳米剂型，并在小鼠原位结肠肿瘤模型中评价其成像与治疗能力。ATSe产生的特征拉曼信号可用于识别肿瘤区域，并指导后续近红外光热治疗。在该动物模型和实验条件下，该策略有效清除可检测的微小转移灶，并显著降低肿瘤复发，展示了拉曼成像与光热治疗一体化的应用潜力。

从有限的堆叠增强拉曼分子结构，走向更大的荧光染料资源库

这项工作的意义不仅在于获得了一个高拉曼性能的分子ATSe，更在于提出了一个可推广的设计思路。现有荧光染料种类丰富、结构多样，如果能够通过硫-硒取代、N-烷基化等分子改造手段，有针对性地调控荧光衰减、吸收波长和聚集状态，就有望从成熟的荧光分子资源库中发掘更多堆叠增强拉曼探针。这将为高灵敏活体拉曼成像、术中示踪以及成像引导治疗等研究提供更丰富的分子工具。

上海交通大学基础医学院博士生张文贤，硕士生董文宣为该论文的共同第一作者。肖泽宇教授为该论文的通讯作者。该研究获得国家自然科学基金重大项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.5300342