Fluolab荧光爱好者周刊（第十六期）
本周图片
1 综述及机理
1.1 综述
1.1.1 糖尿病标志物
Rational design and syntheses of naphthalimide-based fluorescent probes for targeted detection of diabetes biomarkers
糖尿病是一种严重的健康风险，可导致肝脏损伤、肾脏问题和心脏炎症等并发症。通常依靠血糖水平检测进行诊断，但肥胖和疲劳等定性指标通常仅在长时间患病后才出现。为了解决诊断延迟问题，荧光探针的开发引起了主要关注。本综述考察了最近的进展，特别是基于萘酰亚胺 (NM) 的荧光构建体，用于检测与糖尿病及其并发症相关的生物分子变化。本综述首次讨论了这些探针的合成方法和设计原则，为专注于糖尿病治疗和探针开发的研究人员提供了宝贵的见解，并为这些探针在早期糖尿病诊断和干预中的未来临床应用奠定了基础。
Roy, S.; Pattanaik, P. P.; K.M., N.; Moitra, P.; Dandela, R. Rational Design and Syntheses of Naphthalimide-Based Fluorescent Probes for Targeted Detection of Diabetes Biomarkers. Bioorganic Chemistry 2025, 154, 108013. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2024.108013.
1.1.2 蛋白质错误折叠
Recent advances in fluorescent probes development for interrogating protein misfolding and aggregation
在活细胞中，蛋白质稳态网络，包括分子伴侣和降解途径，维持着蛋白质折叠的完整性。蛋白质折叠缺陷与多种人类疾病相关，通常导致蛋白质聚集和功能丧失。虽然使用纯化蛋白质进行的离体研究提供了有价值的见解，但这些蛋白质在活细胞中的行为明显比在简化模型中更为复杂。因此，先进的生物医学成像技术对于在细胞环境中实时、动态和原位监测这些现象至关重要，特别是通过基于荧光的技术。本综述讨论了使用小分子荧光探针检测体外和体内蛋白质错误折叠和聚集。此外，它还重点介绍了基于激发态行为的新型探针的新兴设计策略。预计这些工具的持续发展将增强我们对蛋白质稳态和应激的理解。最终，该领域的进展可能有助于阐明疾病机制并促进发现新的治疗策略。
An, Z.; Zhang, X.; Jing, J. Recent Advances in Fluorescent Probes Development for Interrogating Protein Misfolding and Aggregation. TrAC Trends in Analytical Chemistry 2025, 183, 118066. https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.118066.
1.1.3 植物生长素
Fluorescent Probes Visualize Phytohormone: Research Status and Opportunities
植物激素作为植物生长发育的关键调控因子，在提高作物逆境抗性方面倍受关注。为了更深入地了解其健康状况和探究其作用，认识植物体内植物激素的分布至关重要，这同时也是发展和利用植物生长调节剂的指南。近年来，荧光探针技术不断发展，各种荧光团的开发及成像方式的改进，使之成为了监测植物体内植物激素的强大工具。该技术已证实能够有效监测植物中的植物激素，尤其在检测荧光探针对植物激素响应方面。本文重点阐述了荧光探针在测量和可视化植物在受到外部胁迫时体内植物激素分布方面的应用。然而，如何实现植物激素可视化的高空间分辨率和高生物相容性，给研究人员带来了极大挑战。同时，该领域仍有许多未被开发的潜力，本文希望能够抛砖引玉，引发更深入的探讨。
Liu, Y.; Liao, A.; Chen, S.; Xu, Y.; Zhou, J.-J.; Wu, J. Fluorescent Probes Visualize Phytohormone: Research Status and Opportunities. J. Agric. Food Chem. 2024, 72 (50), 27619–27638. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c06407.
2 检测型荧光材料
2.1 金属/阳离子
2.1.1 Hg
A coumarin-naphthalimide-based fluorescent probe for the ratiometric detection of Hg2+ utilizing an ICT-FRET mechanism
水银作为环境和生物样品中最具毒性的元素之一，对神经、生殖、免疫和消化系统完整性构成严重威胁。因此，开发灵敏度和选择性良好的便捷荧光探针以监测汞离子(Hg2+)的浓度水平具有重要意义。本文开发了一种基于分子内电荷转移(ICT)和荧光共振能量转移(FRET)机制的用于Hg2+的比率荧光探针，该探针使用香豆素作为能量供体，萘二甲酰亚胺作为能量受体，硫代碳酸酯作为识别Hg2+的基团。探针单独存在于体系中时，探针的硫代碳酸酯基团阻止电子转移，使得ICT过程关闭，从而也阻止了探针的FRET过程。该探针在397 nm激发时仅发出香豆素的固有蓝色荧光。在加入Hg2+后，硫代碳酸酯单元与Hg2+反应，从而恢复萘二甲酰亚胺供体的ICT过程，FRET过程也随之上演。在添加Hg2+后，该探针发出黄色荧光。此外，该探针在548 nm和476 nm处的荧光强度比(I548 nm/I476 nm)与Hg²⁺离子浓度在0.1–12 μM范围内呈线性相关。获得的检测极限为0.055 μM。同时，该探针在宽pH范围(pH=4.00–10.00)内都能识别Hg2+，包括生理pH值。细胞研究进一步证实了该探针极低的细胞毒性及对A549细胞内Hg²⁺离子比率荧光成像的潜力。此外，该探针被负载于滤纸上以制备试纸条，并与智能手机相结合以实现Hg2+的快速可见定量检测。
Ma, Q.; Xu, J.; Liu, S.; Mao, G.; Chen, B.; Hou, S.; Ma, Y.; Lian, Y. A Coumarin-Naphthalimide-Based Fluorescent Probe for the Ratiometric Detection of Hg2+ Utilizing an ICT-FRET Mechanism. Journal of Molecular Structure 2025, 1324, 140966. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.140966.
2.1.2 Ag
Preparation of water-soluble CdSeS alloy quantum dots with small particle size and high fluorescence lifetime by using hydrodynamic cavitation technology and their application in Ag+ detection
本研究以水动力空化（HC）为新型简便的大规模制备技术，以Cd(NO3)2·4H2O、Na2S·9H2O和硒粉为镉源、硫源和硒源，成功制备了水溶性CdSeS合金量子点（QDs），并考察了循环时间、反应温度、入口压力及Se/S摩尔比对CdSeS QDs形貌、尺寸及光学性质的影响。采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、透射电镜、紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和荧光衰减曲线对制备的CdSeS QDs进行了表征。最终在循环周期12 h、入口压力3.0 bar、反应温度60 °C、Se/S摩尔比0.5/0.5的条件下，制得了平均粒径为2.62 nm、荧光寿命482.62 ns的三元合金CdSeS QDs。此外，提出了利用HC法制备CdSeS QDs的机理，以解释CdSeS沉淀转化为CdSeS QDs的过程。此外，还发现Ag+对制备的CdSeS QDs具有猝灭效应，表明CdSeS QDs可以作为荧光探针特异性检测Ag+。该工作将为高性能QDs大规模制备提供新的可能，同时有助于理解CdSeS QDs作为金属离子选择性荧光探针的机理。
Zhang, J.; Qi, X.; Chen, Y.; Hu, Y.; Fang, D.; Jin, T.; Wang, J.; Fang, D. Preparation of Water-Soluble CdSeS Alloy Quantum Dots with Small Particle Size and High Fluorescence Lifetime by Using Hydrodynamic Cavitation Technology and Their Application in Ag+ Detection. Journal of Alloys and Compounds 2025, 1010, 177785. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177785.
2.1.3 uranium
Highly sensitive, environmental-friendly and rapid visual detection of uranium using a novel fluorescent fiber-optical sensing system based on aggregation-induced emission with bovine serum albumin as sensitizing agent
为了实现可见光激发下痕量铀的现场快速检测并避免有毒有机溶剂对人体和生物的有害影响，本研究通过将吡啶季铵阳离子和酰胺基引入三苯胺 (TPA) 的螺旋桨结构，制备了一种新型的水溶性、环保且生物相容的聚集诱导发光 (AIE) 荧光探针。并且通过创造性地使用 PBS 缓冲液中的牛血清白蛋白 (BSA) 作为致敏剂来取代有毒的有机溶剂，该探针在可见光（470 nm）激发下可发出强烈的红色荧光，表现出极低的细胞毒性和对大当量的不同金属离子和阴离子的抗干扰能力，并在宽 pH 范围内。在进一步与自建的手持式光纤传感系统集成后，可实现高达 7.44 nM (1.77 ppb) 的理想检测限。该方法已成功应用于铀浸出液、海水和癌细胞等复杂实际样品中的铀传感，证明了其优异的分析性能和在体内和现场原位快速检测和及时评估铀污染的巨大潜力。
Wang, S.; Wu, X.; Yi, Z.; Yang, F.; Song, G.; Wang, M.; Liu, J.; Guo, Z.; Chen, D.; Lai, J.; Sun, H. Highly Sensitive, Environmental-Friendly and Rapid Visual Detection of Uranium Using a Novel Fluorescent Fiber-Optical Sensing System Based on Aggregation-Induced Emission with Bovine Serum Albumin as Sensitizing Agent. Microchemical Journal 2024, 207, 112274. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112274.
2.2 阴离子
2.2.1 ClO
A fluorescence probe for monitoring toxic hypochlorous acid in biosystems and environmental waters with a broad pH adaptation
次氯酸 (HOCl) 广泛用于各种日常应用中。作为一种毒性活性氧 (ROS)，它来自工业和制药方面，在环境系统的质量循环和各种生物过程中发挥着至关重要的作用。了解 HOCl 在环境和生物系统中复杂的作用需要开发精确高效的检测方法。因此，在这项工作中，设计了一种新型荧光探针 MQ-ClO，通过次氯酸触发的氧化分子内环化来检测次氯酸。该探针表现出快速、灵敏的响应，检测限低至 35 nM。更重要的是，该探针能够在高度酸性或碱性条件下发挥作用，展现出 pH 2-11 的宽 pH 范围适应性。此外，MQ-ClO 已被有效地用于检测真实水样中的 HOCl。除此之外，MQ-ClO 的低毒性使其能够实际应用于监测活细胞和斑马鱼中的内源性/外源性 HOCl 水平。
Ma, J.; Jiao, Z.; Zhao, M.; Kong, X.; Xie, H.; Zhang, Z. A Fluorescence Probe for Monitoring Toxic Hypochlorous Acid in Biosystems and Environmental Waters with a Broad pH Adaptation. Ecotoxicology and Environmental Safety 2024, 288, 117370. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.117370.
Design and synthesis of phenothiazine-based D–A molecules with ICT characteristics as efficient fluorescent probes for detecting hypochlorite in water
本研究开发了三款基于吩噻津构架的 D-A 型化合物 5a-c，作为次氯酸盐检测的荧光探针。这些化合物具有分子内电荷转移 (ICT) 特性，通过引入不同的取代基来调整 ICT 特性，从而实现对次氯酸根离子 (HClO/ClO−) 的高灵敏光学响应。其中，含有吸电子基团 -CN 的化合物 5c 表现出高灵敏度 (3.5 nM)、高选择性和对 HClO/ClO− 的快速响应。实验结果表明，基于结构优化策略为优化荧光探针提供了一种很有前景的方法。为了拓宽实际应用，将化合物 5c 制造成纸质试纸条和薄层色谱 (TLC) 板，用于 HClO/CIO− 的现场分析和检测，能够不仅在实际水样中，还在复杂的环境水样中检测 HClO/ClO−，为实时 HClO/ClO− 检测提供了便捷工具。
Xu, J.; Tian, Q.; Chu, Q.; Zhang, Y.; Zou, M.; Zhao, H.; Liu, Y.; Chu, W. Design and Synthesis of Phenothiazine-Based D–A Molecules with ICT Characteristics as Efficient Fluorescent Probes for Detecting Hypochlorite in Water. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 328, 125491. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125491.
2.3 小分子
2.3.1 phosgene
A xanthene-based fluorescent probe capable of selectively detecting phosgene in living mouse model
本研究推出了一种新型荧光探针 RNP，对光气检测表现出突出的灵敏度和特异性。在接触光气后，该探针在短响应时间（6 s）内表现出快速的荧光开启。RNP 在细胞和小鼠实验中也同样有效，在小鼠的呼吸道中观察到了荧光增强。
Gao, W.; Wang, C.; Yu, X.; Yang, Y.; Zhao, N.; Li, L.; Wang, J.; Zhang, X.; Gui, Y.; Liu, W.; Xia, Y.; Shu, X.; Gou, Q.; Zhang, Y.; Shang, J. A Xanthene-Based Fluorescent Probe Capable of Selectively Detecting Phosgene in Living Mouse Model. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 329, 125515. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125515.
2.3.2 H2S
Janus Wettable Mask with Integrated Ratiometric Fluorescent Probe for Comfortable Exhaled H2S Gas Sensing
呼出气体中的 H2S 被认为是一种很有前景的非侵入性且快速诊断口腔健康和呼吸道疾病的生物标记物。然而，医疗保健行业迫切需要一种灵敏、准确、低成本且舒适的可佩戴式呼吸传感器来检测 H2S。在此，通过将比例荧光探针和不对称润湿织物整合到口罩内部，开发了一种 Janus 润湿口罩，用于舒适直观地检测 H2S。具有单向生物液体传输能力的 Janus 润湿口罩可以快速将液体从疏水侧转移到亲水侧，确保长时间佩戴口罩时面部的干燥。在紫外线照射下，可以用肉眼观察到口罩传感器上荧光颜色从红色变为蓝色的变化，这使得能够在 1-100 ppb 的线性范围内评估 H2S 气体浓度，检测限低至 0.8 ppb。人体实验证实，该口罩准确检测呼出气体中的 H2S 气体，并有效捕捉一天中不同时间的 H2S 气体水平的动态变化。本研究为开发用户友好的可穿戴式传感器提供了新见解，并为减轻医疗保健系统的负担提供了创新解决方案。
Zhang, S.; Wang, J.; Zeng, Y.; Xu, T. Janus Wettable Mask with Integrated Ratiometric Fluorescent Probe for Comfortable Exhaled H2 S Gas Sensing. ACS Sens. 2024, 9 (12), 6638–6645. https://doi.org/10.1021/acssensors.4c02228.
2.3.3 硒代半胱氨酸
Robust Fluorescent Nanoprobe for Rapid Evaluation of the Selenium Supplementation Effect and Imaging
目前，人们对硒强化食品日益重视，但硒强化食品的品质参差不齐。因此，迫切需要开发新的方法，通过快速检测硒代谢物硒代半胱氨酸 (Sec) 的水平，来评估食品中硒补充的效果。在此工作中，设计、合成并表征了一款荧光纳米探针 CS-Sec，用于活体生物系统中的 Sec 检测和成像，其在 Sec 检测中表现出良好的生物相容性、优异的水溶性、高灵敏度、高选择性和快速反应（2.5 分钟），并且可用于体外和体内成像以及评估富硒食品中的硒补充情况。具体而言，通过点击化学将炔基团接枝到具有叠氮化合铜中的叠氮基团上的有机小分子荧光探针上，构建了 CS-Sec。选择具有强分子内电荷转移 (ICT) 效应的 2,4-二硝基苯基醚 (DNB) 作为响应基团和荧光猝灭基团，其对 Sec 具有优异的化学特异性。此外，CS-Sec 对 Sec 的选择性和灵敏度高于其他分析物，检测限 (LOD) 低至 15 nM。令人印象深刻的是，CS-Sec 已成功用于检测和成像活 HepG2 细胞和小鼠模型中 Sec 的浓度，结果令人振奋，表明新构建的 CS-Sec 可以为未来硒补充效果的快速评估和成像提供一种分子工具。
Jiang, S.; Xie, C.; Liu, T.; Yuan, X.; Zheng, J.; Lian, Z.; Ouyang, M.; Peng, Y.; Zhou, L. Robust Fluorescent Nanoprobe for Rapid Evaluation of the Selenium Supplementation Effect and Imaging. Anal. Chem. 2024, 96 (49), 19483–19490. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c04020.
2.4 大分子
2.4.1 羧酸酯酶
Amphiphilic Azulene-Based Fluorescent Probe for Simultaneous Monitoring of Fluctuations in Carboxylesterase Activity in Diverse Biological Samples from a Single Organism
作为酯代谢中的关键酶，羧基酯酶 (CEs) 在单个生物的不同生物样本（如组织、细胞、细菌和血液）中同时被发现，但表达水平各不相同。然而，缺乏综合通用工具来全面检测单个生物中不同生物样本中 CEs 活性波动，严重阻碍了相关疾病的诊断和治疗。在此，我们基于吖zul烯衍生物 (AZU-OH) 开发了一种以 CEs 为靶点的两亲荧光探针 (AZU-β)，作为荧光团。利用“羟基保护-脱保护”策略，AZU-β 引入了一个特异性识别基团（乙酰酯），激活分子内电荷转移过程，从而调节针对 CEs 的识别信号。AZU-β 对 CEs 活性检测表现出选择性和高灵敏度（最小检测限为 1.8 × 10-2 U/mL），响应迅速（约 6.0 秒内），可在 1.8 × 10-2 U/mL 至 1.0 U/mL 的范围内检测 CEs 活性。此外，AZU-β 表现出出色的水-油两亲性，使其适用于不同的生物膜渗透性水平。因此，AZU-β 作为综合通用工具，不仅可以在血清水平检测 CEs 活性，还可以在药物诱导的肝损伤条件下的细胞、组织和细菌水平检测 CEs 活性，从而实现对单个生物中不同生物样本中波动的同时监测。期望基于这种两亲设计策略，可以设计更多靶向各种疾病相关酶的探针，以监测单个生物体中不同生物样本中相关酶活性的波动，为相关病理研究和诊断提供先进的分析工具。
Cui, Z.; Wang, Y.; Wang, G.; Feng, B.; Lewis, S. E.; Wang, K.; Jiang, K.; James, T. D.; Zhang, H. Amphiphilic Azulene-Based Fluorescent Probe for Simultaneous Monitoring of Fluctuations in Carboxylesterase Activity in Diverse Biological Samples from a Single Organism. Anal. Chem. 2024, 96 (49), 19732–19739. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c04926.
2.5 多重检测
2.5.1 SO2 and viscosity
A multifunctional fluorescent probe for monitoring of SO2 and viscosity and its application in food, ferroptosis, and bioimaging
炎症是生物体针对组织损伤的固有防御机制，其特征在于自噬、去极化和内源性亚硫酸盐产生等生物通路。铁死亡，一种新发现的铁依赖性程序性细胞死亡形式，导致过量的脂质过氧化物积累，从而导致粘度和 SO₂ 水平发生变化。研究这两种情况下 SO₂ 与粘度之间的动态关系对于阐明炎症和铁死亡的精确调节机制至关重要。在此，我们开发了一种荧光探针，名为 CNNP，它具有对脂滴和线粒体的双重靶向能力。这种创新型探针促进了 SO₂ 和粘度同时精确定位，利用了不同的发射波长而不会产生串扰干扰。此外，我们成功地利用该探针测定食品和草药样品中的亚硫酸氢盐含量，获得了（99.2 %–104.2%）的高回收率，证明了其实际使用价值。值得注意的是，CNNP 可以在细胞内对 SO₂ 和粘度进行外源性内源性成像。我们观察到炎症和铁死亡期间 SO₂ 水平和粘度微小的波动，来自体内和体外水平的亚过程参数的异常变化证明了这一点。这些发现为诊断和治疗这些病理过程带来了新的视角。
Yang, T.; Fang, Y.; Ye, K.; Wang, C.; Wang, F.; Li, C. A Multifunctional Fluorescent Probe for Monitoring of SO2 and Viscosity and Its Application in Food, Ferroptosis, and Bioimaging. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 426, 137024. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.137024.
2.5.2 Cd2+ 和 Ga3+
Synthesis and characterization of a vitamin B6-tetrazole hydrazone as a fluorescence probe for selective detection of Cd2+ and Ga3+ ions
本研究设计并制备了一种用于选择性检测镉(II)和镓(III)离子的简单荧光探针。该探针通过吡哆醛-5'-磷酸盐和5-肼基-1H-四唑形成腙反应制备。在DMSO水溶液中，该探针在Cd2+离子存在下显示出增强的蓝色荧光，在Ga3+离子存在下显示出黄绿色荧光。使用最大似然法确定了Cd2+和Ga3+配合物的条件稳定性常数和化学计量比。镓(III)离子与试剂在溶液中形成两种不同结构的配合物。进行了DFT量子化学计算以获得探针1及其与Ga3+和Cd2+配位的分子结构。通过TDDFT和GIAO方法模拟电子吸收光谱和NMR光谱，以确定获得的结构。该探针对Cd2+的检测限低至0.19 μM，对Ga3+的检测限低至0.97 μM，适用于水分析。本研究为设计和增强用于选择性检测金属离子的荧光探针提供了重要的见解。
Zavalishin, M. N.; Maltseva, M. A.; Osokin, V. S.; Aleksandriiskii, V. V.; Petrova, U. A.; Knyazeva, A. A.; Eroshin, A. V.; Zhabanov, Yu. A.; Gamov, G. A. Synthesis and Characterization of a Vitamin B6-Tetrazole Hydrazone as a Fluorescence Probe for Selective Detection of Cd2+ and Ga3+ Ions. Optical Materials 2025, 158, 116493. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116493.
3 成像型荧光材料
3.1 检测物成像
3.1.1 sulfite
A novel BODIPY-derived colorimetric and ratiometric dual-mode fluorescent probe for highly sensitive and visual detection of sulfite in food and living organisms
亚硫酸盐作为广泛使用的食品添加剂，在食品杀菌、漂白和防腐领域具有不可或缺的功能。然而，亚硫酸盐的过量使用可能会破坏食品营养，对人的健康构成威胁。本文构建了一种创新的基于 BODIPY 的荧光探针 (BODIPY-DBC)，用于高灵敏识别亚硫酸盐。BODIPY-DBC 探针同时具有比色和比率双模式，检测限低 (33.12 nM)、灵敏度高、pH 使用范围宽 (5-12)、响应时间快 (2 分钟)，以及优异的荧光成像能力，可用于检测亚硫酸盐。通过 1H NMR 滴定、HRMS 分析和 DFT 计算验证了识别机制。BODIPY-DBC 探针不仅可用于加载试纸以通过肉眼便捷地检测亚硫酸盐，还用于检测实际食品样品中的亚硫酸盐含量，以确保食品安全。此外，它还可以在双通道荧光成像（HeLa 细胞和斑马鱼）中实现监测亚硫酸盐的出色性能。
Zhang, C.; Liang, Y.; Gong, S.; Meng, Z.; Wang, Z.; Wang, S. A Novel BODIPY-Derived Colorimetric and Ratiometric Dual-Mode Fluorescent Probe for Highly Sensitive and Visual Detection of Sulfite in Food and Living Organisms. Anal Bioanal Chem 2025, 417 (2), 405–415. https://doi.org/10.1007/s00216-024-05658-2.
3.1.2 methylglyoxal
Rapid detection and imaging of methylglyoxal in plant tissues by the near-infrared fluorescent probe SWJT-2
甲基乙二醛（MG）可通过植物中的各种途径产生。MG 在高浓度下对植物细胞有毒，但在低浓度下则作为一种信号分子，与植物中的 H2O2 一样。因此，MG 检测对于研究其在植物细胞中的作用非常重要，特别是在环境胁迫下的植物中。近红外荧光探针 SWJT-2 是一种对 MG 快速检测具有高灵敏度的新型探针，用于人 HeLa 细胞，但目前尚不清楚该探针是否可用于确定植物组织中的 MG 水平。在本研究中，我们尝试将该探针应用于植物研究。我们的结果表明，40 分钟处理 SWJT-2 (80 μM) 可用于检测和成像烟草（Nicotiana benthamiana）组织中的 MG 水平。
Hu, W.; Wu, C.; Yang, Y.; Hu, D. Rapid Detection and Imaging of Methylglyoxal in Plant Tissues by the Near-Infrared Fluorescent Probe SWJT-2. Biochimie 2024, S030090842400292X. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2024.11.014.
3.1.3 HNO
Near-infrared fluorescent probe for visualization of nitroxyl in the plant response to stress
本研究基于二氰基异佛尔酮平台作为荧光团，2-(二苯基膦基)苯甲酸酯作为一氧化氮阴离子（HNO）识别位点，成功构建了一种近红外荧光探针 DCIF-HNO，用于检测植物中的 HNO。在体外光谱测试中，探针 DCIF-HNO 对 HNO 表现出快速响应、优异的选择性和高灵敏度，同时还表现出低毒性和生物相容性。基于探针 DCIF-HNO 和颜色识别应用，成功构建了一种用于实际样品中 HNO 的快速便携式智能手机传感平台。此外，探针 DCIF-HNO 成功应用于植物细胞和组织中，实现了 HNO 的实时可视化和检测，并揭示了植物中 H2S/NO 串扰过程中 HNO 相互作用的复杂网络。此外，还利用探针 DCIF-HNO 观察到植物中 HNO 水平在高盐和铬胁迫下的增加。采用转录组测序和差异代谢物分析，以深入了解铬胁迫下 HNO 产生的机制。
Yang, X.; Luo, F.; Wang, H.; Liu, Y.; Zhang, S.; Yan, D.; Wei, Y.; Li, J.; Zhang, D.; Ji, X. Near-Infrared Fluorescent Probe for Visualization of Nitroxyl in the Plant Response to Stress. Analytica Chimica Acta 2025, 1336, 343478. https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.343478.
3.1.4 Cd2+
In situ images of Cd2+ in rice reveal Cd2+ protective mechanism using DNAzyme fluorescent probe
镉是一种常见的污染物，对植物的生长发育构成严重威胁。目前，尚未找到有效方法阐明 Cd2+ 在植物细胞中的保护机制。我们首次设计了一种 Cd2+ 荧光探针，以观察水稻细胞壁和液泡中 Cd2+ 的吸附和螯合。具体来说，Cd2+ 被卡氏体阻挡并被大量吸附并固定在内皮细胞壁上的半纤维素上。对于成功进入内皮的 Cd2+，一部分进入细胞并被隔离和固定在液泡中，而另一部分进入维管束并通过离子交换作用沉淀在巩膜细胞的细胞壁中。此外，随着长时间暴露于 Cd2+，在液泡中逐渐出现被荧光强烈标记的隔室体，这被认为是植物应对持续 Cd2+ 暴露而激活的一种新的重金属保护机制。总之，本研究为检测 Cd2+ 在植物组织中的吸附、运输和积累提供了一种创新且有效的方法，可用于快速识别低 Cd 积累作物。
Chen, J.; Pan, J.; Duan, M.; Fan, F.; Liu, J.; Hu, W.; Yu, D.; Sun, Z.; Sheng, X.; Tan, Y.; Tan, Y.; Sun, X.; Tang, N.; Wang, W.; Tang, W.; Ye, N.; Chen, J.; Liu, Z.; Yuan, D. In Situ Images of Cd2+ in Rice Reveal Cd2+ Protective Mechanism Using DNAzyme Fluorescent Probe. Journal of Hazardous Materials 2025, 483, 136650. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136650.
3.1.5 H2S
Construction of a novel fluorescent probe based on a carbazole platform for the rapid and specific detection of H2S and its application in bioimaging and food detection
硫化氢（H2S）是一种重要的气体信号分子，在人体内的各种生理过程中发挥着不可或缺的作用。为了更深入地了解 H2S 在这些过程中的作用，在复杂的环境和生理条件下跟踪 H2S 水平的具体变化至关重要。在这项研究中，我们报道了一种新型化合物 9-(4-(2,4-二硝基苯氧基)苯基)-9H-咔唑，一种基于咔唑结构的荧光探针（CZ-CDNB）。该探针通过硫化反应释放羟基（CZ-OH），从而阻止了咔唑中的电子转移，导致荧光增强。CZ-CDNB 对 H2S 表现出高选择性、优异的抗干扰性能以及宽的 pH 耐受范围（2.0-9.0）。它表现出 108 倍的最大荧光增强和低检测限（LOD = 27 nM）。此外，该探针适用于监测食品质量，具有低毒性和出色的细胞成像能力。
Zhang, S.; Liu, X.; Chen, X.; Tang, J.; Wang, J. Construction of a Novel Fluorescent Probe Based on a Carbazole Platform for the Rapid and Specific Detection of H2 S and Its Application in Bioimaging and Food Detection. New J. Chem. 2025, 10.1039.D4NJ03926B. https://doi.org/10.1039/D4NJ03926B.
3.2 细胞成像
3.2.1 脂滴
Fluorescent TICT Probe for Precise Monitoring of Cellular Lipid Droplets
脂滴（LDs）在病理过程中至关重要或与异常脂质代谢相关的疾病，如 ожирение, 糖尿病, 动脉粥样硬化, 脂肪肝疾病, 和癌症。癌细胞经常含有高水平的非极性脂滴 (LDs)，作为能量 reserve。LDs 的增殖伴随着粘度的增加是癌细胞的一个特征，这促使我们设计了一个用于生理 pH 下 LD 检测的荧光传感器。然而，开发具有高极性灵敏度和深层组织/细胞成像能力的荧光 LD 特异性探针仍然具有挑战性。因此，我们提出一个 TICT probe 具有很强的溶剂变色性, 对粘度的优异响应, 微环境敏感性和较大利的斯托克斯位移。此外，它提供了许多优点，包括高灵敏性、特异性、荧光量子产率高和空间分辨力高，能够精确监测脂滴 (LD)。因此，该探针可以有效监测活细胞中脂滴表达的粘度和极性的变化，从而为可视化生理异常或病理状况提供潜力。该探针具有出色的脂滴靶向性，还可以敏感地监测油酸介导的脂滴积累和环孢素/抗炎药在 HeLa 细胞中的积累。
Fernandes, R. S.; Himaja, A.; Ghosh, B.; Dey, N. Fluorescent TICT Probe for Precise Monitoring of Cellular Lipid Droplets. ACS Appl. Bio Mater. 2024, 7 (12), 8248–8260. https://doi.org/10.1021/acsabm.4c00970.
3.3 过程成像
3.3.1 deterioration process of NAFLD-HCC
Bivariate tracking of NIR phototherapeutic probe that illuminates the deterioration process of NAFLD-HCC
非酒精脂肪性肝病（NAFLD）已发展成为肝细胞癌（HCC）的主要原因。NAFLD-HCC 恶化过程的成像可视化对于了解其潜在的病理生理过程至关重要。然而，目前相关的探针发射波长短、单变量且无法实现治疗诊断功能，在进一步评估 NAFLD-HCC 过程中遇到了阻碍。在此，我们提出了一种羧酸酯酶（CE）激活的近红外荧光探针 (BODJ)，该探针具有脂滴 (LD) 靶向能力，在 858 nm 波长下发射，荧光量子产率为 19.06%。CE 激活的 BODJ 被用作可视化工具，根据 LD 平均数量和相关荧光强度波动的变化，成功地原位可视化了 NAFLD 恶化过程和 HCC。成像结果表明，在从非酒精性脂肪肝到非酒精性脂肪性肝炎再到 HCC 发展的过程中，模型细胞中与 CE 和 LD 相关的变化情况各不相同，这突出了双变量与疾病之间的密切关联。我们还证明了 BODJ 具有光动力疗法 (PDT) 和光热疗法 (PTT) 的能力，这使得图像引导的双重光疗法能够原位损伤 HCC。这款近红外探针利用双变量追踪 NAFLD-HCC 病程恶化，并具备双重光疗功能，为肝脏代谢性疾病诊断和治疗相关探针的设计提供了新思路。
Yang, J.; Xu, H.; Zhao, Y.; Sun, P.; Li, Y.; Chen, T.; Zhou, Y. Bivariate Tracking of NIR Phototherapeutic Probe That Illuminates the Deterioration Process of NAFLD-HCC. Biosensors and Bioelectronics 2025, 269, 116967. https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116967.
4 诊疗型荧光材料
4.1 疾病诊断
4.1.1.1 肺转移瘤
Glutathione-activated near-infrared II fluorescent probe for lung metastatic diagnosis and intraoperative imaging of tumor
近红外荧光探针具有在体内具有高穿透性、低组织损伤和实时成像的优点。本研究发展了一种新的氧化谷胱甘肽激活的近红外荧光探针，它可以特异性地靶向肺转移瘤。该探针在正常细胞中保持非荧光状态，但在过表达谷胱甘肽的癌细胞中被活化，释放出强荧光信号。体外和体内实验表明，该探针可以灵敏、特异地检测肺转移瘤。此外，该探针在术中成像中显示出优异的性能，可以辅助外科医生准确切除转移瘤，为肺癌患者的早期诊断和精准治疗提供了新的策略。
Wang, Y.; Zhao, G.; Liu, Y.; Wang, R.; Xing, Y.; Dou, K.; Yu, F. Glutathione-Activated near-Infrared II Fluorescent Probe for Lung Metastatic Diagnosis and Intraoperative Imaging of Tumor. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 426, 137005. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.137005.
4.1.2 酒精肝
Novel NIR fluorescent probe based on BODIPY for diagnosis and treatment evaluation of alcoholic liver disease via visualizing HClO fluctuation
随着全球饮酒者数量的不断增加，酒精性肝病（ALD）正逐渐变得普遍，对人类的身心健康构成严重威胁。在ALD的过程中，常伴有炎症的发生，这诱导了包括HClO在内的活性氧物质的高表达。在这项工作中，我们成功制备了一种近红外荧光探针BDP-ENE-Fur-HClO，用于通过追踪HClO实时成像酒精性肝病。该探针在体外检测HClO时显示出良好的灵敏度和特异性、快速的识别速度和近红外发射（700 nm）。基于卓越的性能，该探针能够在活细胞中追踪内源性/外源性HClO而不受其他ROS以及ALD细胞模型的干扰。此外，该探针可以监测正常小鼠的外源性HClO和腹膜炎小鼠中高表达的HClO，从而完成炎症的诊断。更重要的是，开发了一个模拟危险饮酒ALD小鼠模型和模拟过度饮酒（一种酒精使用障碍）ALD小鼠模型，该探针可以通过监测ALD小鼠中HClO的波动来对小鼠的酒精性肝损伤进行成像，从而为ALD的诊断提供了一个有效的工具。最终，在给模型施用保肝药物后，该探针可以成功地评价药物对ALD的治疗效果。
Ma, X.; Han, R.; Wang, J.; Zhang, B.; Ruan, M.; Zhao, W.; Zhang, J. Novel NIR Fluorescent Probe Based on BODIPY for Diagnosis and Treatment Evaluation of Alcoholic Liver Disease via Visualizing HClO Fluctuation. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 328, 125497. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125497.
4.1.3 肺癌
Accurate diagnosis of early-stage lung cancer by targeting lipid droplets with a two-photon near-infrared fluorescence probe
肺癌临床中，实性结节腺癌 (SN-ADC) 与磨玻璃结节腺癌 (GGN-ADC) 表现出前者的生长速度更快，浸润性更强。代谢重编程是肿瘤细胞一个关键的特征，可能促进早期肺癌的快速进展。本文我们利用激光显微切割技术从五个 SN-ADC 和六个 GGN-ADC 样本中精确地分离出恶性区域进行蛋白质组分析。研究通过生物信息学分析、Western 印迹法和电子显微镜证实，SN-ADC 组织中脂滴相关蛋白 (PLIN2) 显著上调，脂滴 (LD) 积累明显增加。因此，我们开发了一种新颖的双光子近红外荧光探针来监测肺癌细胞中 LD 的动态变化。此外，实验验证了 LD 探针 (LD-probe) 在监测肿瘤细胞中 LD 变化和区分肿瘤组织与正常组织的 LD 差异方面的有效性。尤其重要的是，该探针成功地检测到了早期肺癌中 SN-ADC 和 GGN-ADC 之间 LD 行为的显著差异。因此，本研究开发了一种快速有效的早期肺癌诊断工具。这种方法更深入地了解了监测肿瘤细胞中 LD 行为，具有潜在的临床应用。
Wang, D.; Wu, P.; Yang, Z.; Yu, C.; Li, Q.; Zhang, R.; Yang, Y.; Liu, Y.; Zhang, W.; Zhou, X.; Zhu, D.; Zhan, Z.; Li, W. Accurate Diagnosis of Early-Stage Lung Cancer by Targeting Lipid Droplets with a Two-Photon near-Infrared Fluorescence Probe. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 426, 137023. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.137023.