荧光染料是一类在特定条件下能够发出荧光的物质，其在生命科学、医学、材料科学等领域有着广泛的应用。以下将详细介绍荧光染料的作用原理。一、荧光产生的基本原理荧光是一种光致发光现象。当物质吸收特定波长的光（通常称为激发光）后，电子从基态跃迁到激发态。处于激发态的电子不稳定，会通过各种方式回到基态，其中一种方式是辐射跃迁，即发射出比激发光波长更长的光，这就是荧光。荧光染料的分子结构通常具有以下特点，使其能够产生荧光：具有共轭体系：荧光染料分子中通常含有大的共轭体系，如苯环、萘环等。共轭体系使得分子中的电子能够在较大范围内离域，从而降低了电子从激发态回到基态的能量，使得发射的荧光波长更长23。含有特定的发色团和助色团：发色团是能够吸收特定波长光并产生颜色的基团，而助色团则可以增强发色团的吸收和发射性能。例如，一些含有氮、氧等杂原子的基团可以作为助色团，提高荧光染料的荧光强度。通过将近红外荧光染料封装在 ZIF - 90 的孔隙中，制备了三种 ATP 响应的近红外荧光纳米探针。抗体荧光染料Cy3
有机荧光染料近红外有机荧光染料：优势：发射波长在近红外区域的荧光染料，如近红外二区荧光染料（NIR-Ⅱ，1000～1700nm），由于其发射波长较长，光散射和组织自发荧光干扰较少，在生物组织成像中具有更高的时空分辨率和更深的成像深度13。例如，WenShi和其同事在中国科学院开发的一系列基于呫吨的染料（VIXs），其中VIX-4在波长超过1200nm处发出荧光，被用于小鼠的血液循环成像。研究人员将VIX-4封装在脂质体中，注射到小鼠的尾静脉，展示了该染料在生物成像中的良好性能12。应用场景：适用于需要深度成像和高分辨率的生物医学研究，如**检测、血管成像等。具有聚集诱导发光（AIE）特性的有机荧光染料：优势：相对传统的因聚集导致荧光猝灭（ACQ）的染料，AIE染料在生物成像和诊断中受到越来越多的关注。例如，将具有AIE特性的染料BPMT和具有ACQ特性的染料硼二吡咯亚甲基（BODIPY）分别制成纳米粒子（ANPs和BNPs）进行对比研究。结果表明，**负载BODIPY的BNPs（BNP1）能有效聚集在**组织中，实现长期无创成像，而高负载BPMT的ANP4生物成像能力较差。这说明通过巧妙运用纳米技术，可将ACQ效应的弱点转化为优势，实现高效的靶向**成像16。细胞核荧光染料DIR染料的细胞毒性也会影响其在细胞内的稳定性。
荧光染料在动物成像中发挥着至关重要的作用。以下将详细阐述其在不同方面的具体作用。帮助阐明生物过程：荧光染料标记的氧化铁磁性纳米颗粒（MNP）在阐明生物过程方面具有很大的帮助1。例如，通过对小鼠施用双重荧光染料标记的MNP，可以研究荧光检测在多大程度上反映其在生物动物体内的命运。在小鼠施用后的一天，附着在**上的染料的荧光非常突出，并且在肝脏和脾脏中增加，这有助于了解MNP在动物体内的分布和代谢情况。研究动物纤维结构：荧光显微镜结合荧光染料可用于研究各种动物纤维的结构。对羊毛、马海毛、骆驼毛、牛尾和马尾纤维等进行染色后，比其他染色方法能显示出更多的细节。基本染料可染色正皮质，酸性染料可染色副皮质2。作为神经标志物：利用神经特异性荧光剂作为动物的神经标志物用于指导手术操作，可降低术中神经损伤的发生率。例如，一系列(恶)嗪衍生物荧光染料YQN-3至YQN-6可突出大鼠的周围神经结构，其中YQN-3在NIR附近具有发射峰值，静脉注射4小时后在臂丛神经和坐骨神经中显示出高特异性神经靶向信号，在甲状腺切除术中能精细定位并识别出喉返神经，从而保留神经的完整性35。
标记神经元：在动物体内，特定的荧光染料可以稳定且持久地标记皮质脊髓神经元，用于病理生理学研究和切片膜片钳研究。如将Fluoro-Red和Fluoro-Green注入麻醉新生大鼠的颈脊髓，固定的脑切片显示出离散的内部皮质层中细长或金字塔形细胞轮廓中的***荧光，与V层锥体细胞一致，并且标记的神经元使用切片膜片钳方法显示出自发突触活动4。用于细菌成像：有机荧光染料可用于大肠杆菌的超分辨率成像实验。通过分光光度计测定大肠杆菌的生长曲线，以及将大肠杆菌与有机荧光染料尼罗红共孵育，在超分辨率显微镜下实现了大肠杆菌细胞壁的荧光标记。这一实验既结合了生物化学和分析化学相关实验及仪器的原理和操作，也有利于学生深入了解新型的细菌荧光标记技术6。近红外荧光寿命成像：近红外（NIR）染料在小动物成像和漫射光学断层扫描中用作荧光标记。通过三种方式将现有的共聚焦和多光子激光扫描显微镜（LSM）与时间相关单光子计数（TCSPC）荧光寿命成像（FLIM）系统相适应，用于近红外FLIM。测试的许多近红外染料在生物组织中显示出明显的寿命变化，取决于它们所结合的组织结构，因此近红外FLIM可以提供有关组织组成和局部生化参数的补充信息7。果蝇胚胎运动神经元的脂溶性荧光染料标记机制。
荧光染料的稳定性在动物成像中起着至关重要的作用，以下将详细阐述其对动物成像结果的影响。一、影响成像的准确性减少伪影产生：稳定的荧光染料能够持续发出较为恒定的荧光信号，避免因染料自身的不稳定而导致信号强度的突然变化，从而减少成像中的伪影。例如，在利用近红外荧光染料进行生物功能长期观察的研究中发现，常规的近红外荧光染料在化学稳定性和耐光性差时，会限制其作为荧光成像剂的应用1。不稳定的染料可能在成像过程中出现信号波动，使得图像难以准确反映动物体内的真实情况，影响医生对病情的判断和后续治疗方案的制定。确保目标定位准确：对于特定的动物组织或***成像，稳定的荧光染料有助于准确地定位目标区域。例如在新型嗪类荧光染料用于术中神经成像的研究中，稳定的荧光染料YQN-3在臂丛神经和坐骨神经中显示出高特异性神经靶向信号，能够精细定位并识别出喉返神经，从而在术中保留这些神经的完整性48。如果荧光染料不稳定，可能会导致目标定位不准确，增加手术风险和难度。电压敏感型荧光染料标记机制。辽宁荧光染料APC
荧光染料在动物成像中发挥着至关重要的作用。抗体荧光染料Cy3
荧光染料具有独特的光学特性，能够在特定波长的激发光下发出特定波长的荧光。根据其化学结构和性质，可分为以下几类：有机荧光染料：萘酰亚胺、苯并吩嗯嗪和苯并吩噻嗪类染料：这类染料具有优异的光化学、物理特性和高的荧光量子产率，在生物领域具有广泛的应用，包括生物成像和光动力***29。罗丹明染料：具有良好的光学物理性质，自诞生以来就被广泛应用于生物技术中作为荧光标记物或用于生物分子的检测。其分子设计中具有疾病***功能（如**和细菌***）的罗丹明衍生物近年来引起了越来越多的研究关注33。氟硼荧光染料（BODIPYdyes）：是传统的有机小分子染料，具有易于改性的结构和可调节的光物理性质。经过合理设计的BODIPY能通过多种方式制备成可用于**光学成像和光学***的纳米粒子37。碳点纳米组装体：生态友好且高荧光的碳点纳米组装体因其多样化的生物应用而备受关注，尤其在对抗环境和人类健康问题方面。例如，从柿子果实中制备的高荧光氮掺杂碳点（PCDs），通过一步水热反应无需任何溶剂制备而成，具有良好的水溶性和生物相容性，可用于生物成像和***活性筛选30。抗体荧光染料Cy3
