Fluolab【JACS】细胞内可控发光新突破：一类肽基光开关分子实现135 nm斯托克斯位移
在超分辨成像和光学数据存储领域，光控荧光分子是不可或缺的工具。近日，《美国化学会志》报道了一类新型肽基半哌嗪（Hemipiperazine, HPI）衍生物，具备优异的光物理性能和细胞兼容性，为生物成像和智能材料开发提供了强有力的分子工具。
🌈1. 11种新型光开关分子，最大斯托克斯位移达135 nm
研究团队设计并合成了11种具有环合π体系的HPI衍生物，分别为吲哚-半哌嗪（IndHPI）和吡咯-半哌嗪（PyrHPI）。这些分子在DMSO中表现出显著的光物理特性：
- 吸收峰范围：363–504 nm
- 发射峰范围：462–593 nm
- 斯托克斯位移：85–135 nm
- 可逆光致异构化：紫光（410 nm）诱导Z→E，红光（620 nm）诱导E→Z
部分分子在光照后可实现90% E-异构体比例，且在红光照射下可恢复至99% Z-异构体，展现出极高的光疲劳稳定性。 
🧬2. 可被活细胞高效摄取，荧光可控调节
IndHPI类分子不仅在体外表现出强荧光，还能被HeLa细胞高效摄取，并在细胞内实现可逆荧光调控。其荧光强度可在光照下降低，并在暗处自发恢复，归因于E→Z热稳定异构化过程。 ⚠️upload failed, check dev console
此外，研究发现谷胱甘肽（GSH）可促进E-异构体的再生，提示其在细胞内可能通过亲核辅助机制调控异构化过程。
🧪3. 合成路线简洁，结构可调性强
该系列分子通过四步合成获得，核心结构为二肽环（diketopiperazine），具备良好的水溶性和生物相容性。所有化合物均以Z-异构体形式分离，符合Zimmermann–Traxler模型预测。 
🔍4. 应用前景广阔：从成像到智能材料
这些光开关分子具备以下潜在应用：
- 活细胞超分辨成像探针
- 光控药物设计与释放系统
- 光学数据存储材料
- 可自我报告性质变化的智能分子
作为常见药效团，环状二肽结构为其在生物体系中的应用提供了天然优势。
这项研究展示了HPI类分子在光控荧光领域的巨大潜力，尤其是在细胞内的稳定性和可控性方面表现出色。未来，它们有望成为生物成像和智能材料开发的核心分子工具。