In situ Activating NIR-II AIE Probe for Highly Sensitive Hydrogen Peroxide Imaging in Tumor

doi:10.7503/cjcu20260058

Abstract

Abstract:

In situ highly sensitive and accurate tumor sensing is of great significance for early cancer diagnosis and treatment. Fluorescence sensing of tumor biomarkers has attracted considerable attention due to its advantages of high sensitivity， operational simplicity， and capability for real-time in situ detection. Achieving high-quality tumor fluorescence imaging fundamentally depends on high-performance luminescent probes， and developing near-infrared-II（NIR-II） fluorescent probes with excellent tissue penetration depth and ultra‑high response sensitivity provides a highly promising solution path for this. Herein， we report a NIR-II fluorescent probe， 4，4'-｛6，7-di（thiophen-2-yl）-［1，2，5］thiadiazolo［3，4-g］quinoxaline-4，9-diyl｝bis｛N，N-dimethyl-N-［4-（4，4，5，5- tetramethyl-1，3，2-dioxaborolan-2-yl）benzyl］benzenaminium｝（TQT-Bpin）， featuring aggregation-induced emission（AIE） characteristics. This probe can specifically respond to the hydrogen peroxide overexpressed in the tumor region， thereby in situ activating NIR-II fluorescence emission. It exhibits exceptional sensitivity and specificity， enabling real-time and responsive sensing and imaging of hydrogen peroxide in tumor areas， with advantages including an ultra-large Stokes shift（320 nm）， excellent selectivity（limit of detection down to 3.6 μmol/L）， and superior stability. Such an NIR-II probe， which integrates deep tissue penetration， high sensitivity， and in situ responsiveness， provides a novel strategy for early diagnosis of tumors.

Key words: Fluorescent probe, NIR-II region, Aggregation-induced emission, Hydrogen peroxide, In situ activating

CLC Number:

O631

TrendMD:

ZHU Gaohua, SHU Ju, GENG Jiangtao, MA Fulong, XIONG Linghong, HE Xuewen. In situ Activating NIR-II AIE Probe for Highly Sensitive Hydrogen Peroxide Imaging in Tumor[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(5): 20260058.

Figures/Tables 5

Fig.1 Photophysical characterizations of TQT⁃Bpin and TQT⁃DMA

Fig.2 DFT calculation of HOMO, LUMO, and the torsion angle of the designed probes（A） The frontier orbital electron cloud distribution and energy gaps of TQT-Bpin and TQT-DMA；（B） optimized molecular structure and torsion angles.

Fig.3 Characterization of the response behaviors of TQT⁃Bpin probe toward H₂O₂（A） Time⁃dependent absorption spectra of TQT⁃Bpin（50 μmol/L） upon response to H2O2（100 μmol/L）；（B） the corresponding changes in relative absorption intensity at 475， 680， and 808 nm over time；（C） absorption spectra of TQT⁃Bpin（50 μmol/L） after responding to different concentrations of H2O2 for 1.5 h；（D） the corresponding relative absorption intensity at 475， 680， and 808 nm plotted against H2O2 concentration；（E） time⁃dependent FL spectra of TQT⁃Bpin（50 μmol/L） upon response to H2O2（100 μmol/L）；（F） the corresponding changes in FL intensity at 1004 nm over time；（G） FL spectra of TQT⁃Bpin（50 μmol/L） after responding to different concentrations of H₂O₂ for 1.5 h；（H） the corresponding FL intensity at 1004 nm plotted against H₂O₂ concentration： the inset shows the linear fit of the fluorescence intensity change at 1004 nm with H2O2 concentration with fitting equation of y=45.23+2.64x， in which y means FL intensity， x means H2O2 concentration， R2=0.9827. λex=808 nm；（I） dynamic light scattering（DLS） characterization of the diameters of TQT⁃Bpin（50 µmol/L） before and after response to 100 µmol/L H₂O₂.

Fig.4 Selectivity and stability test of TQT⁃Bpin（A） FL spectra of the molecule after reacting with different analytes（100 μmol/L） for 1.5 h；（B） the corresponding FL intensity at 1004 nm；（C， D） the response of TQT-Bpin to hydrogen peroxide after being stored in PBS（C） and cell lysate（D） for different numbers of hours.

Fig.5 Time⁃dependent imaging in CT26 tumor⁃bearing mice and imaging of various organs and tumors after dissection after intratumoral injection of TQT⁃Bpin probe（A） Experimental group： in vivo imaging of mice over time after intratumoral injection of 100 μL of TQT-Bpin（50 μmol/L）；（B） ex vivo imaging of organs and tumors from the experimental group at 36 h post-injection；（C） control group： in vivo imaging of mice over time after intratumoral injection of 100 μL PBS；（D） ex vivo imaging of organs and tumors from the control group at 36 h post-injection.

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