急性肾衰竭是临床上严重的并发症并伴随进展致终末期肾病甚至死亡等巨大风险。现有的临床诊断技术局限于血生化等晚期生物标志物检测或肾穿刺活检等有创方式。因此，迫切需要开发实时无创的检测方法用于来急性肾衰竭的早期诊断及预后评估。

分子探针结合光学检测技术为实时无创活体成像和体外检测提供重要工具。在前期工作中，课题组将近红外半花菁染料与亲水性环糊精、聚乙二醇等聚合物进行偶联用于肾脏特异性富集和高效排泄。然而，聚合物的异质性常常导致了荧光染料标记的批间差异，进而可能导致其体内药代动力学特性不一致，影响体内应用和转化。基于此，中山大学黄佳国教授团队首先通过将烷基磺酸盐和季铵阳离子分散整合到半花菁荧光骨架上，合成了一系列单分子两性离子半花菁近红外染料。通过尿液分析筛选出了经由肾脏高效清除（约96%注射剂量）的单分子荧光团，可用于构建激活型肾毒性分子探针。

基于以上筛选的单分子肾清除荧光团，研究团队进一步通过修饰可被早期凋亡生物标志物Caspase-8特异性水解的四肽IETD，构建了可激活分子探针(ZCRR)。在小鼠模型中，静脉注射后ZCRR在肾脏中高度富集，并被肾小管损伤过程中上调Caspase-8激活，可用于实时动态成像监测，从而实现比临床方法早60小时诊断肾衰竭。由于探针可随尿液迅速排泄至体外，因而可通过体外光学尿液分析以远程评估不同药物对急性肾衰竭的治疗干预效果。

总之，该工作首先开发了一系列单分子两性离子半花菁染料并筛选了具有低蛋白结合率和高肾清除效率的近红外荧光团，优于前期报道的肾清除型荧光团。基于此，进一步构建了适用于肾衰竭早期诊断和预后评估的多功能可激活近红外分子探针，以实现非侵入性的体内成像和体外尿液诊断，有望在未来的临床应用中发挥作用。