【9月第一期】荧光探针文章速览

细胞器靶向的硫化氢荧光探针

Research progress of hydrogen sulfide fluorescent probes targeting organelles

https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126869

硫化氢（H2S）是生物体内参与多种生理和病理过程的重要信号分子。文章首先介绍了 H2S 的生物学意义，强调了在细胞器水平准确检测 H2S 的重要性。随后，文章详细阐述了不同细胞器靶向的 H2S 荧光探针，包括酸体、线粒体、内质网、高尔基体和脂质体等。这些探针的设计策略、化学结构、反应机制以及在生物成像中的应用被分类和总结。特别是，文章强调了在设计探针时考虑的细胞器靶向团和识别位点的选择，以及如何通过精心设计来提高探针的靶向性和荧光变化的显著性。此外，文章还讨论了探针开发中的挑战，包括高灵敏度、高选择性、光稳定性、生物相容性和精确的细胞器靶向能力等方面，并对该领域的未来发展方向进行了展望。

次氯酸荧光探针

Development of Novel Fluorescent Probes for Specific Detection of Hypochlorous Acid

https://doi.org/10.1080/10408347.2024.2399197

次氯酸（HClO）在日常生活中的漂白和消毒以及人体代谢中对外来细胞和病原体的破坏、免疫防御和细胞功能维护中扮演着重要角色。然而，次氯酸的异常水平可能导致关节炎、神经退行甚至致命的癌症。因此，次氯酸的特异性识别和有效检测对于监测人类健康和环境至关重要。近年来，有机荧光探针因其简单的合成、易于操作、高灵敏度和高特异性受到了广泛关注，并已开发出多种基于不同荧光基团（如三苯胺、优酸、1,8- naft 平等）和识别单元（如 N-N 二甲基胸腺素化合物）的次氯酸荧光探针。这些探针能够通过与过氧化氢酸的相互作用来实现特异性识别。本文回顾了过去五年中基于不同荧光基团和识别单元开发的荧光探针，并描述了探针与次氯酸的反应机制、探针的荧光变化以及检测限制，以展示近年来次氯酸检测的进展，并为未来的探针开发提供思路。

氰基荧光探针

A naphthalimide-based bifunctional fluorescent probe for detecting CN− and alkaline pH and its application in food samples and living cells imaging

https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.111594

本文详细报道了一种基于萘酰亚胺的双功能荧光探针NCCQ的设计、合成及其应用。该探针能够对 CN⁻ 和碱性 pH 值进行高度敏感和选择性的检测。在与 CN⁻ 反应后，NCCQ发生明显的荧光熄灭现象，熄灭效率高达 82.7%，检测限低至 44.5 nM，且对 CN⁻ 的响应时间短至 50 秒。在碱性 pH 环境下，NCCQ的荧光强度进一步增强并发生 14 nm 的红移，颜色从青绿变为鲜明的绿色。通过质谱滴定实验、¹H-NMR 滴定实验和理论计算，全面多维度证明了NCCQ检测 CN⁻ 和碱性 pH 值的机制。NCCQ不仅能够检测实际水样和食品样本中的 CN⁻，还能制备成功的双功能荧光测试条。由于其良好的生物相容性，NCCQ已经成功应用于 Hela 细胞中外源 CN 的生物成像，进一步证明了其在环境、食品和生物分析领域中的巨大应用潜力。

脂滴和次氯酸双响应荧光探针

Dual-response fluorescent probe for lipid droplets and hypochlorous acid and imaging study in inflammation and atheromatous plaques

https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.139994

研究人员设计并合成了一种新型的双响应荧光探针 TPA-DT-DNH，该探针具有对脂滴（LDs）和次氯酸（HClO）的独立响应单元。TPA-DT-DNH 探针中的三苯胺基团对 LDs 具有亲水性，而 C=N 键则对 HClO 敏感。实验结果表明，当 LDs 和 HClO 共存时，TPA-DT-DNH 的荧光会被 “激活”，且在另一物质浓度固定时，荧光强度与物质浓度呈线性关系。通过细胞和活体成像研究发现，TPA-DT-DNH 能够区分正常细胞和 LDs 富集的细胞，并在 HeLa 细胞中检测到 HClO。此外，TPA-DT-DNH 还能够在脂多糖（LPS）诱导的炎症过程中，以及在 Ox-LDL 诱导的动脉粥蛋白沉积中，实时监测 HClO 和 LDs 的动态变化。该研究的成果为了理解细胞红氧平衡机制以及相关疾病的病理生理过程提供了有力的工具。

生物硫化物检测的荧光探针

Red-Emitting Coumarin-Derived fluorescent probe for thiol detection and indirect recognition of β-Lactamase

https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.111622

在本文中，研究者们开发了一种名为DIcou-DNBS的新型荧光探针，该探针基于蒽环化合物的衍生物，具有红光发射特性和显著的 Stokes 位移（122 nm），专门用于检测生物硫化合物（Cys、Hcy 和 GSH）。DIcou-DNBS对 Cys、Hcy 和 GSH 的响应时间为 6 分钟，检测限度分别为 0.015 µM、0.032 µM 和 0.059 µM，并且在生物成像中展现出卓越的生物相容性，成功应用于培养细胞和鱼类的荧光成像。此外，该探针还能够通过其独特的性质间接检测 β- 酰胺酶的活性，这对于药物抗 agonist 筛选和抗生素敏感性测试具有重要意义。研究人员通过增加 7 - 羟基蒽酮 - 4 - 酸和 7 - 二乙基氨基蒽酮 - 3 - 羧酸之间的双键结构，成功设计了一个新型的荧光基团DIcou-OH，使其发射波长进入红光区域。通过引入 2,4 - 二硝基苯硫酸酯作为生物硫化合物的识别位点，研究者们开发了一个新型的蒽环衍生物荧光探针DIcou-DNBS。该探针不仅在红光范围内具有高效的生物硫化合物检测能力，而且在细胞和鱼类成像中表现出巨大的应用潜力。更重要的是，DIcou-DNBS在间接检测 β- 酰胺酶方面展现出高度的效率和灵敏度，并进一步扩展了其在细菌检测和 β- 酰胺酶抑制剂筛选中的应用前景。

汞离子荧光探针

Cyano-determined mercury (II) ion selective fluorescence assay over polymeric carbon nitride

https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125129

本文首先介绍了聚合性碳氮化合物（PCN）在能源、环境和健康领域的应用潜力，特别是作为重金属离子荧光传感器的研究热点。研究者们通过熔盐法、还原法和蚀刻法四种方法制备了四种不同的 PCN，分别为 PCN-Cl、PCN-Ac、PCN-B 和 PCN-K。通过 X 射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等技术对 PCN 的微结构和表面环氧基团进行了特征，发现 PCN-Cl 和 PCN-K 在使用氯化钠和氢氧化钾作为辅助剂时，能够获得丰富的表面环氧基团。进一步的荧光淬灭实验表明，含有丰富环氧基团的 PCN 对 Hg^2 + 具有良好的选择性响应，这一现象可能与软酸 - 软基理论中的 Hg^2 + 和环氧基团之间的强烈相互作用有关。PCN-Cl 和 PCN-K 对 Hg^2 + 的荧光探针在 5 至 50μmol/L 的线性范围内具有线性关系，且 PCN-Cl 的检出限可达 0.38μmol/L。研究结果证实了含有丰富环氧基团的 PCN 对 Hg^2 + 的选择性荧光响应，提出了选择性荧光淬灭的机制，并为设计高效准确的 PCN 基荧光探针提供了新的思路。

近红外pH值和粘度荧光探针

An intelligent NIR fluorescent dye with dual response to pH and viscosity for investigating the interactions between LDs and mitochondria

https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126849

在本研究中，研究者们设计并合成了一种新型的近红外荧光探针PTOH，该探针能够对细胞内 pH 值和黏度的变化作出响应。PTOH具有两种形态：在不同的 pH 和黏度条件下，其可以转换开环和闭环状态，这两种状态具有不同的共轭长度、电荷、溶解性和光学性质。在酸性和高黏度条件下，PTOH以开环形态出现近红外荧光；而在碱性环境中，它以闭环形态发出绿光。通过电子丰富的三苯胺衍生物和电子缺乏的苯吲哚盐的结合，PTOH能够通过电静相互作用定位到带负电的线粒体膜潜力，同时其高度的脂溶性使其能够优先定位到脂质滴。通过细胞成像实验，研究者们发现PTOH能够有效区分正常细胞和癌细胞，并且能够检测到药物诱导的细胞内 pH 和黏度的变化。此外，PTOH还被用于可视化脂质滴与线粒体之间的相互作用，并能够区分细胞自噬与凋亡现象。这一发现对于阐明脂质滴与线粒体相互作用的机制，以及与之相关的疾病有着重要的意义。

铜（II）和铬（VI）荧光探针

Fluorescent cellulose nanofibrils hydrogels for sensitive detection and efficient adsorption of Cu2+ and Cr6+

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122748

在本研究中，研究者们通过一步法合成了一种多功能的荧光纤维素纳米纤维基凝胶（PAA-CNF-W），用于检测和吸附环境中的重金属污染物质铜（II）和铬（VI）。CNF 作为自然的骨架材料，用于构建具有三维孔结构的凝胶，这种结构有助于提高吸附材料的比表面积和活性位点数量。实验结果表明，PAA-CNF-W 凝胶对铜（II）和铬（VI）的最大吸附量分别为 159.24 mg/g 和 173.87 mg/g。通过在凝胶中引入荧光性质的氟噻唑基衍生物，该凝胶能够通过与金属离子形成 chelates 而引起荧光淬灭，从而实现对铜（II）和铬（VI）的敏感检测，检出限分别为 28.70 mg/L 和 1.45 mg/L。进一步的动力学研究表明，伪二级动力学模型最能描述吸附过程，而兰格曼吸附模型则是描述吸附等温线的最佳模型。该研究为利用纤维素材料高效去除和检测水中的铜（II）和铬（VI）提供了新的思路。