荧光爱好者周刊（第十九期）

1 综述及机理

1.1 综述

1.1.1 丁酰胆碱酯酶

Small-Molecule Fluorescent Probes for Butyrylcholinesterase

丁酰胆碱酯酶在生物体中发挥着不可或缺的作用，其表达异常对人类健康和安全构成重大威胁，涉及肝脏疾病、糖尿病、肥胖、心脑血管疾病和神经退行性疾病等多个方面。此外，有机磷和氨基甲酸酯类农药等毒物会显著抑制 BChE 活性。BChE 活性是急性有机磷农药中毒临床诊断和有机磷、氨基甲酸酯类农药残留评估的关键参数。因此，准确、可靠地检测丁酰胆碱酯酶活性对于深入解析其生物学功能、相关疾病的诊疗、药物筛选以及农药残留的灵敏检测尤为紧迫和重要。荧光探针因其时空分辨率高、选择性好、非侵入性、灵敏度强以及分子结构可定制等优点，成为用于丁酰胆碱酯酶传感和成像的有力工具。本文全面综述了利用荧光探针进行丁酰胆碱酯酶传感、成像和治疗的研究进展。该综述可为研究者设计新的高性能 BChE 荧光探针提供有益的指导，为该领域的研究做出进一步贡献。

Lin, Z.; Liao, Y.; Tian, D.; Liao, J.; Chen, Q.; Yin, J. Small‐Molecule Fluorescent Probes for Butyrylcholinesterase. ChemMedChem 2025, e202400875. https://doi.org/10.1002/cmdc.202400875.

1.1.2 激活型荧光探针

Activatable Molecular Probes With Clinical Promise for NIR-II Fluorescent Imaging

近二红外窗口（NIR-II）荧光成像以其卓越的时空分辨力和深层组织穿透力而被广泛应用于基础科学研究和临床前应用中。在各种荧光剂中，有机小分子荧光团因其明确的化学结构、可调的光学性质和优异的生物相容性而被认为是临床转化的最有希望的候选者。然而，许多现有的 NIR-II 荧光团表现出“始终开启”的荧光信号，这会导致背景噪声并损害疾病检测期间的诊断准确性。针对准确报告病理变化，而是 NIR-II 激活型有机小分子荧光探针（AOSFPs），是推动 NIR-II 荧光成像走向临床应用的关键。这篇综述总结了基于四种核心结构（花青、半花青、氧杂蒽和 BODIPY）的 NIR-II AOSFPs 的合理设计策略。这些 NIR-II AOSFPs 具有巨大的临床转化潜力。此外，还全面综述了 NIR-II AOSFPs 在 NIR-II 生物成像领域的最新进展，为其进一步发展提供了明确的指导和方向。最后，概述了推进 NIR-II AOSFPs 用于临床应用的前瞻性工作。

Chen, Z.; Zhou, Y.; Li, L.; Ma, W.; Li, Y.; Yang, Z. Activatable Molecular Probes With Clinical Promise for NIR‐II Fluorescent Imaging. Small 2024, 2411787. https://doi.org/10.1002/smll.202411787.

1.1.3 内质网驻留蛋白

Fluorogenic Probes for Functional Imaging of Endoplasmic Reticulum-Resident Proteins: from Molecular Engineering to Biomedical Applications

内质网驻留蛋白（ERPs）对于维持细胞稳态至关重要，并与多种疾病的发生发展密切相关。对 ERPs 响应的荧光探针的出现，使得科学家们能够原位监测靶标 ERPs 的空间分布和功能状态，这对阐明 ERP 相关的病理机制和开发创新疗法非常有帮助。在过去十年中，人们设计出了一系列用于感测和成像 ERPs（包括离子通道、氧化酶、水解酶和转移酶）的荧光探针。本文系统总结了 ERP 荧光探针在分子工程和生物医学应用方面的最新进展。讨论了构建 ERP 活化探针的工程策略，以及它们的结构特征、识别片段和传感性能。同时，还重点介绍了这些探针在生物标志物分析、疾病治疗、多模态成像和药物发现中的生物医学应用。最后，展望了未来方向和潜在挑战。这里提供的见解和知识将激发在开发多功能 ERP 探针、推进疾病诊断、内质网生物学和药物发现方面的进一步创新和技术突破。

Fan, Y.; Zhang, F.; Hao, Y.; Chen, L.; Zhou, Q.; Zeng, H.; Song, Y.; Guo, Z.; Peng, X.; Ge, G. Fluorogenic Probes for Functional Imaging of Endoplasmic Reticulum‐Resident Proteins: From Molecular Engineering to Biomedical Applications. Adv Funct Materials 2024, 2416057. https://doi.org/10.1002/adfm.202416057.

1.1.4 自然荧光材料

Advances in Natural-Product-Based Fluorescent Agents and Synthetic Analogues for Analytical and Biomedical Applications

荧光是一项由许多化合物和生物分子展示出的显著特性。由于荧光在分析和诊断生物和环境重要性的工具中具有广泛的应用，它已经悄然改变分析和生物医学科学。荧光分子经常应用于药物递送、光学传感、细胞成像和生物标志物发现中。癌症是一项全球性的挑战，荧光剂可以作为诊断和监测工具，在癌症早期发展和治疗监测过程中大显身手。许多荧光化合物以天然的形式存在，但合成化学和分子生物学带来的最新进展使我们能够合成并调整原本不存在于自然中的荧光分子。天然衍生的荧光化合物一般生物相容性更好，也更环保。它们还可以通过合成工具进行经济有效和目标特异性地修改。要充分利用光医学和分析研究中的潜力，了解其独一无二的化学结构和光物理性质是关键所在。由于药物发现工作需要严格表征药代动力学和药效学，基于荧光的检测加速了药物相互作用的理解，该过程可通过体外和体内试验实现。这里，我们提供了天然产品和合成类似物的评论，它们通过光物理性质展示出了荧光特性，而且可以用作探针。我们还提供了一些化学结构和荧光性质之间关系的见解。最后，我们讨论了荧光化合物的光医学应用，主要是在肿瘤和癌细胞的研究和分析研究中，强调了它们在推进药物递送、生物标记物、细胞成像、生物传感技术和作为诊断肿瘤中的靶向配体中的关键作用。

Joshi, S.; Moody, A.; Budthapa, P.; Gurung, A.; Gautam, R.; Sanjel, P.; Gupta, A.; Aryal, S. P.; Parajuli, N.; Bhattarai, N. Advances in Natural-Product-Based Fluorescent Agents and Synthetic Analogues for Analytical and Biomedical Applications. Bioengineering 2024, 11 (12), 1292. https://doi.org/10.3390/bioengineering11121292.

2 检测型荧光材料

2.1 金属/阳离子检测

2.1.1 Hg 离子检测

Highly sensitive electrochemical sensors employing chemical probe with electron-deficient benzothiadiazole groups for mercury (II) ions detection

针对水体中汞离子（Hg 2+）的精准检测，新型超敏电化学传感界面的发展至关重要，因为汞离子富集性和持久性对人体健康和生态系统构成重大威胁。我们设计合成了一种选择性 Hg 2+ 化学探针，通过将缺电子苯并噻二唑（BTD）基团掺入基于三苯胺的 2-(苄亚氨基) 苯硫醇 (TPA-BT) 化合物中，获得了一种新型 TPA-BTD-BT (TBB) 探针。正如通过紫外-可见光谱、荧光光谱和理论计算预测的那样，TBB 在 Hg 2+ 检测中表现出令人印象深刻的选择性和抗其他物质干扰能力。TBB 分子中氮原子和硫原子的孤对电子通过配位作用促进了对 Hg 2+ 的特异性识别。利用电化学技术的超高灵敏度，TBB 与电化学还原的三维氧化石墨烯 (3 D-rGO) 非共价功能化，制备了一种电化学传感器的新型界面材料。 TBB@3D-rGO /GCE 传感器是通过将 TBB@3D-rGO 纳米复合材料修饰到玻碳电极 (GCE) 表面而制成的。TBB 的强配位能力和 3 D-rGO 的出色电化学性能赋予了传感器高灵敏度、高选择性、低检测限（8.6 nM）、宽线性浓度范围（0.01–4.0 μM）和优异的重现性，使其适用于水溶液中 Hg 2+ 的准确检测。

Chen, J.; Li, Y.; Zhang, M.; Qin, H.; Chen, X.; Shao, A.; Fan, S.; Wu, H. Highly Sensitive Electrochemical Sensors Employing Chemical Probe with Electron-Deficient Benzothiadiazole Groups for Mercury (II) Ions Detection. Journal of Molecular Liquids 2025, 419, 126768. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2024.126768.

2.2 阴离子检测

2.2.1 CN 离子检测

Stilbene-based fluorescent chemosensor for selective detection of cyanide ion in DMSO medium and its application in cell-imaging, fingerprint, and food sample analysis

我们通过一步合成法设计了一种新的氰化物检测探针，并使用紫外-可见和荧光技术对其进行了评估。二腈基的（Z）-3-（4-（甲硫基）苯基）-2-（4-硝基苯基）丙烯腈（NCS）的活性部分表现出荧光。NCS 探针在氰化物（CN-）存在下显示出关闭荧光，该功能比其他阴离子具有更高的选择性和灵敏度。氰化物基团（CN-）亲核攻击探针的氰基乙烯基基团之间的双键，破坏分子内电荷转移（ICT）过程，这解释了 NCS 对 CN-的响应机制。通过 1 HNMR 滴定、傅里叶变换红外光谱、乔布斯图、DFT 计算和质谱进一步研究了观察到的光物理变化背后的机制。吸收和发射实验表明它具有很高的选择性。发现 NCS 和 CN-之间化学计量的乔布斯图是 1：1，检出限为 1.14μM。此外，试纸条实验为受体检测活细胞图像中的有毒氰化物和生物系统以及潜在的指纹应用提供了广泛的应用前景。

Yesudhasan, C.; Siva, A.; Shanmugam, G.; Kannan, S. Stilbene-Based Fluorescent Chemosensor for Selective Detection of Cyanide Ion in DMSO Medium and Its Application in Cell-Imaging, Fingerprint, and Food Sample Analysis. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 330, 125643. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125643.

2.3 小分子检测

2.3.1 水杨酸

Design of a pseudo-color-assisted biocompatible supramolecular sensing probe for "lighting up" endogenous salicylic acid in plants 水杨酸（SA）作为备受认可的植物激素，不仅可作为果蔬的外源添加剂，更作为植物生长全过程的体内调节剂，因此，实现植物激素 SA 的体外检测及体内成像分析至关重要。本工作以“无标记”的 SA 适体作为主体，与聚集诱导发光（AIE）有机小分子构建了生物相容的超分子探针。适体识别靶标 SA 后，不会被外切酶（Exo. I）轻易降解，使得适体序列得以最大程度保留。在此条件下，适体可进一步与 AIE 有机小分子结合，该结合限制了分子内运动从而产生荧光发射。该探针对 SA 实现了线性范围 0.3~70 μM 的高效体外检测，检出限达到 0.09 μM。更重要的是，本工作在实现植物体内 SA 荧光成像监测的基础上，开发了利用 Java 算法的荧光图像处理程序。该程序可一键完成常规荧光成像中的单色图像到伪彩图像的转换，增强了肉眼辨别图像差异的能力。

Wu, M.; Su, C.; Cao, S.; Sun, Y.; Niu, N.; Chen, L.; Tang, Z. Design of a Pseudo-Color-Assisted Biocompatible Supramolecular Sensing Probe for “Lighting up” Endogenous Salicylic Acid in Plants. Biosensors and Bioelectronics 2025, 271, 117088. https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117088.

2.3.2 四环素

A ratiometric fluorescent probe based on water-soluble CsPbX3 (Br/I) perovskite nanocrystals for sensitive detection of tetracycline

采用双重过饱和重结晶法合成了抗水、高灵敏度的铯铅卤化物钙钛矿纳米晶体 (CsPbBr 3 PNCs)。该 PNCs 具有优异的抗水稳定性，显着的光致发光量子效率为 83.03%，以及较窄的半峰全宽 (FWHM) 为 20 nm。经过碘离子处理，CsPbBr 3 PNCs 的荧光发射峰可以从 520 nm 调节到 681 nm，引起从绿色到红色的颜色转换。在 0-300μM 范围内，红移与[I-]浓度呈线性相关，达到低至 0.40μM 的检测限。值得注意的是，过量的碘离子可以让 PNCs 具有最大波长为 520 nm 和 681 nm 的双发射。构建了一个比例式钙钛矿纳米探针，绿色发射峰作为内标，红色发射峰作为响应信号。该探针与四环素浓度在 0-8μM 范围内显示出强线性相关关系，检测限为 88.60 nM（S/N=3）。这项研究为设计和开发能够在水溶液中检测的比例式钙钛矿传感器提供了宝贵的见解，同时也强调了在分析此类检测系统时快速建立氢键网络的重要性。

Ma, R.; Mei, J.; Gan, J.; Du, F.; Qiu, C. A Ratiometric Fluorescent Probe Based on Water-Soluble CsPbX3 (Br/I) Perovskite Nanocrystals for Sensitive Detection of Tetracycline. Microchim Acta 2025, 192 (1), 24. https://doi.org/10.1007/s00604-024-06893-1.

2.3.3 孔雀石绿

L-tryptophan carbon dots as a fluorescent probe for malachite green detection

本研究开发了一种基于 L-色氨基酸的碳量子点荧光传感器，用于检测孔雀石绿（MG）。利用焦绿法以 L-色氨基酸为前驱体，合成了绿色荧光的 L-色氨酸-碳量子点。L-色氨酸-碳量子点对 MG 表现出不同的猝灭响应，同时对其他干扰物质也有反应，因此提供了检测 MG 的选择性策略。本研究的传感器展现出了 0.06 μM 的检测限（LOD）和 0.22 μM 的定量限（LOQ），线性检测范围在 0 至 60 μM。此外，相对标准偏差（RSD）低于 1.7%。研究中还检测了绿豆中的 MG 回收率。

Noureena, M. M.; Puhazhendhi, A.; Sivalingam, S.; Anu, A. S.; Vinod Kumar, N.; Rithesh Raj, D. L-Tryptophan Carbon Dots as a Fluorescent Probe for Malachite Green Detection. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 329, 125625. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125625.

2.3.4 甲基乙二醛

Visual Detection of Methylglyoxal in Multiple Scenarios via NIR-Excitable Reversible Ratiometric Fluorescent Hydrogel Sensor

甲基乙二醛被认为是评估葡萄酒风味和质量的重要指标，也是糖尿病病理综合征的重要标志物。在葡萄酒生产标准和人体健康监控场景中，快速准确地定量检测甲基乙二醛至关重要。在此，我们报告了一种通过近红外激发的可逆比例荧光水凝胶传感器来检测甲基乙二醛的视觉方法，其中近红外激发的上转换纳米粒子作为能量供体，曙红 B 作为能量受体，共同形成一个集成的比例纳米光学探针，确保检测的准确性不受不同场景中各种背景荧光干扰的影响。将集成的光学探针与 3 D 网络水凝胶相结合设计成传感贴片，通过简单的处理即可轻松再生，表现出明显的光学颜色响应。在加入甲基乙二醛后，传感贴片的 G/R 值发生变化，从而能够实时定量检测甲基乙二醛。此外，我们将水凝胶传感贴片与智能手机相结合，创建了一个便携式传感平台，用于便捷地目测甲基乙二醛。探针和水凝胶传感贴片对甲基乙二醛的检测限分别低至 59 和 75.4 nM。这里设计的便携式传感贴片为标准化葡萄酒生产工艺和监测患者健康提供了有效的策略。

Kang, X.; Zhang, L.; Jia, W.; Yang, L.; Jiang, C. Visual Detection of Methylglyoxal in Multiple Scenarios via NIR-Excitable Reversible Ratiometric Fluorescent Hydrogel Sensor. Anal. Chem. 2024, 96 (52), 20568–20577. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05178.

2.4 大分子检测

2.4.1 Heparin

Water-Soluble AIE fluorescence probes with turn-on and Near-Infrared emission for the detection of Heparin 肝素（Hep）是一种广泛使用的临床抗凝剂，在生物医学领域发挥着重要作用，需要进行准确检测以确保其正确使用。在此，我们基于聚集诱导发射（AIE）荧光团喹啉-丙二腈（QM），开发了一种新型灵敏的探针方案用于肝素检测，并制备了具有水溶性、近红外（NIR）发射和在水性生理环境中大斯托克斯位移的探针 QM-S 和 QM-O。通过调控电子供体基团和噻吩π桥结构，深入研究了 AIE 分子结构与性能之间的关系。亲水性吡啶盐基团不仅使探针在水中具有良好的混溶性，还赋予其对肝素的特异性检测，实现了理想的“关-开”荧光。基于此 AIE 信号策略，QM-S 和 QM-O 对肝素具有快速且显着的特异性响应信号，并实现了灵敏的肝素定量检测，检测限低至 0.008 μg/mL。QM-S 和 QM-O 灵敏度足够以检测人血清溶液和人造尿液中的肝素，具有实际应用潜力。

Wang, C.; Cao, J.; Li, Y.; Qiao, Y.; Gao, J.; Wang, L.; Zhang, X.; Wang, L. Water-Soluble AIE Fluorescence Probes with Turn-on and Near-Infrared Emission for the Detection of Heparin. Microchemical Journal 2025, 208, 112555. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112555.

2.5 多重检测

2.5.1 Cu2+ and CN–

Synthesis of Fluorescent Functionalized Polyacrylamide and Detection of Cu2+ and CN– in a Pure Water System 本文基于香豆素衍生物 (COMN) 和丙烯酰胺 (AM) 通过自由基沉淀聚合制备了一种荧光官能化聚丙烯酰胺材料 (P)。通过 1 H NMR、紫外-可见光谱和 FT-IR 光谱分析了 P 的化学结构和组成。常用阳离子的荧光光谱结果表明，P 可以实现 30 秒内水体系中的铜 (Cu 2+) 的灵敏检测，荧光猝灭率高达 95.47%，检测限为 7.2 nM。值得注意的是，上述系统在 0.5 秒内从绿色迅速变为橙色。此外，常用阴离子的荧光光谱表明，P/Cu 2+ 与氰化物 (CN-)（0-180µ M）有强相互作用，检测限为 39.12 nM。细胞成像试验结果表明，P 在 HeLa 细胞中仍然表现出对 Cu 2+ 和 CN- 的良好荧光响应，为体内检测这些离子提供了一种新方法。

Zhang, X.; Hou, L.; Zhang, Y.; Du, X.; Yang, B.; Zhou, T.; Chu, H.; Ma, W. Synthesis of Fluorescent Functionalized Polyacrylamide and Detection of Cu2+ and CN– in a Pure Water System. ACS Appl. Polym. Mater. 2025, 7 (1), 300–308. https://doi.org/10.1021/acsapm.4c03061.

2.5.2 Cu2+ and Al3+

A pyrene-based multifunctional fluorescent probe for the detection of Cu2+ and Al3+

本文报道了一种新型芘基席夫碱 (P 2)，并对其进行了深入表征。P 2 以羟基 (OH) 作为活性成分，表现出对 Cu 2+ 的显着选择性，并且在乙醇-水溶液 (8:2, v: v, pH 6.3, 20 mM HEPES) 中 Cu 2+ 浓度增加时表现出“开启-关闭-开启”的荧光响应当激发波长为 350 nm 时。此外，P 2 在乙醇中对 Al 3+ 也表现出显着的选择性和灵敏性，并且在 380 nm 激发波长下观察到增强荧光信号。因此，P 2 作为一种用于荧光检测 Cu 2+ 和 Al 3+ 的强大双探针，表明活性部分和检测介质显着影响了这种多功能荧光探针的选择性和结合行为。此外，成功在活细胞中进行了荧光成像以监测 Cu 2+ 和 Al 3+ 水平，获得了有希望的结果。

Yu, C.; Yang, M.; Zhang, J. A Pyrene-Based Multifunctional Fluorescent Probe for the Detection of Cu2+ and Al3+. Microchemical Journal 2025, 208, 112531. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112531.

2.5.3 phenylalanine and tyrosine

Synthesis and characterization of a naphthyl-coumarin-based fluorescent probe for the selective recognition of phenylalanine and tyrosine

本研究合成并表征了一种基于萘基取代的香豆素的新型荧光探针，用于选择性识别苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr）。首次使用外消旋荧光探针测定了 Phe 和 Tyr 的对映体过量。机理研究表明，探针的选择性荧光响应可能是由于在特定极性溶剂中香豆素醛与苯丙氨酸反应生成的亚胺选择性聚集产生的弱相互作用驱动的。

Li, S.; Liang, Y.; Cai, R.; Wan, R.; Gao, X.; Zhang, C.; Yu, X.; Yu, S.; Wang, Q. Synthesis and Characterization of a Naphthyl-Coumarin-Based Fluorescent Probe for the Selective Recognition of Phenylalanine and Tyrosine. Journal of Molecular Structure 2025, 1327, 141069. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.141069.

2.5.4 SO2 and viscosity

High-performance near-infrared fluorescence probe for simultaneous detection of sulfur dioxide and viscosity and its application in bioimagings and wines 二氧化硫（SO 2）和粘度的水平是生物微环境变化的关键指标，在食品和生物系统中发挥着至关重要的作用。因此，准确检测这些指标至关重要。本研究提出了一种新型荧光探针 BDI，它具有同时和有效识别 SO 2 和粘度，且具有两个无串扰发射（波长差为 296 nm）的卓越能力。SO 2 的识别机制基于迈克尔加成反应。该反应对 SO 2 表现出极好的选择性，同时具有高灵敏度（低至 54 nM）和快速的响应时间（少于 4 分钟）。此外，探针 BDI 在近红外发射区域（730 nm）有效地识别粘度。该探针显示出优异的线粒体定位能力，使其适用于监测线粒体功能障碍期间 SO 2 水平和粘度的波动。此外，探针 BDI 成功地用于对小麦茎基部中 SO 2 和粘度含量的变化进行成像，并检测不同葡萄酒中的 SO 2，回收率良好（95.6 %–101.8 %）。

Zhang, D.; Duan, R.; Li, M.; Shi, J.; Chen, H.; Xue, N.; Yang, Y.; Wang, T.; Fu, B.; Wu, X. High-Performance near-Infrared Fluorescence Probe for Simultaneous Detection of Sulfur Dioxide and Viscosity and Its Application in Bioimagings and Wines. Microchemical Journal 2025, 208, 112520. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112520.

2.5.5 Se(IV) and Fe(III)

A Ratiometric Fluorescence Method Based on PCN-224-DABA for the Detection of Se(IV) and Fe(III)

本研究将 3,4-二氨基苯甲酸 (DABA) 首次引入卟啉金属有机框架（PCN-224）中，制备了一个比例荧光探针（PCN-224-DABA），以定量检测三价铁（Fe (III)）和四价硒（Se (IV)）。PCN-224-DABA 的 DABA 在 345 nm 激发荧光会受到 Fe (III) 和 Se (IV) 的选择性猝灭，而四苯甲酰卟啉（TCPP）在 475 nm 激发荧光峰不会受到干扰。因此，设计利用激发波长为 270 nm 下 I 345 nm/I 475 nm 的比率来测定 Fe (III) 和 Se (IV)。经过体系优化实验参数后，所开发方法对于 Fe (III) 和 Se (IV) 的检测显示良好的选择性和抗干扰性，并且在 0.01–4 μM 和 0.01–15 μM 的范围内对 Fe (III) 和 Se (IV) 具有良好的线性，检出限分别为 0.045 μM 和 0.804 μM。此外，通过 Stern-Volmer 方程研究了猝灭模式，结果表明 Se (IV) 和 Fe (III) 都猝灭 PCN-224-DABA 的原因可以归因于动态猝灭。最后，所构建的比例荧光探针用于加标检测湖水样品，在真实样品分析中显示出良好的适用性。此外，还分别测定了菠菜和富硒米中的 Fe (III) 和 Se (IV) 含量。

Luo, M.-L.; Chen, G.-Y.; Li, W.-J.; Li, J.-X.; Chai, T.-Q.; Qian, Z.-M.; Yang, F.-Q. A Ratiometric Fluorescence Method Based on PCN-224-DABA for the Detection of Se(IV) and Fe(III). Biosensors 2024, 14 (12), 626. https://doi.org/10.3390/bios14120626.

2.5.6 viscosity, polarity, SO2/H2O2

Put one make three: Multifunctional near-infrared fluorescent probe for simultaneous detection of viscosity, polarity, SO2/H2O2

极性与粘度是细胞微环境的关键参数，与糖尿病和癌症等疾病密切相关。过氧化氢 (H 2 O 2) 和二氧化硫 (SO 2) 作为重要的氧化剂和抗氧化剂，维持着对正常生理功能至关重要的微妙平衡。细胞微环境或氧化平衡的破坏会引发各种病理状况。因此，监测极性、粘度以及 SO 2 和 H 2 O 2 之间可逆相互作用的变化对于推进疾病研究至关重要。在本研究中，我们开发了一种发射峰值在 705 nm 的通用近红外 (NIR) 荧光探针 CCA，能够同时检测粘度、极性和 SO 2/H 2 O 2 水平。它的荧光受分子内电荷转移 (ICT) 和扭曲分子内电荷转移 (TICT) 机制的支配，在低极性和高粘度条件下表现出强发射，能够根据其不同的细胞环境区分癌细胞和正常细胞。此外，CCA 探针还提供了对 SO 2 和 H 2 O 2 的可逆响应。CCA 中的不饱和 C=C 键与亚硫酸氢盐 (HSO 3−) 反应，形成一种新的化合物 CCA-SO 32−，它会猝灭荧光，随后被 H 2 O 2 可逆氧化回 CCA，恢复 705 nm 处的近红外发射。这种同时检测多个生物标志物的能力为早期癌症诊断和治疗监测提供了一种方便而通用的方法。此外，我们相信该探针在体内应用方面具有巨大的潜力，包括高灵敏度、多靶点癌症诊断。

Chao, L.; Aodeng, G.; Ga, L.; Ai, J. Put One Make Three: Multifunctional near-Infrared Fluorescent Probe for Simultaneous Detection of Viscosity, Polarity, SO2/H2O2. Microchemical Journal 2025, 208, 112535. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112535.

3 成像型荧光材料

3.1 检测物成像

3.1.1 信使 RNA

Near-Infrared Light-Activated DNA Nanodevice for Spatiotemporal In Vivo Fluorescence Imaging of Messenger RNA

实时可视化信使核糖核酸 (mRNA) 在肿瘤分类、分级和分期中至关重要。然而，低信噪比和非时空特异信号扩增限制了体内 mRNA 成像。本研究开发了一种近红外 (NIR) 光激活的 DNA 纳米装置 (DND)，用于时空 in vivo mRNA 荧光成像。DND 通过将吲哚菁绿 (ICG) 和 DNA 荧光探针封装在热敏脂质体中，然后用适体对脂质体进行功能化而制造。ICG 提供“始终开启”的荧光信号，为监测 DND 分布提供了可行的策略。在递送过程中，DNA 探针的荧光信号保持不活跃（“关闭”状态）。当 DND 通过适体识别靶向递送至肿瘤细胞时，热敏脂质体可以在近红外照射下由 ICG 诱导的光热效应解离，从而促进 DNA 探针的释放。DNA 探针由肿瘤特异性胸苷激酶 1 (TK 1) mRNA 通过脚趾介导的链置换级联反应激活（“打开”），实现了信号扩增的 mRNA 荧光成像。本研究揭示了 DNDs 独特的光激活优点和卓越的荧光成像，突出了它们在促进体内其他疾病相关 RNA 的时空分辨成像进展中具有巨大的潜力。

Li, L.; He, X.; Zhang, Y.; Qi, D.; Li, M.; Zhang, H.; Shen, Q.; Fan, Q. Near-Infrared Light-Activated DNA Nanodevice for Spatiotemporal In Vivo Fluorescence Imaging of Messenger RNA. Anal. Chem. 2025, 97 (1), 768–774. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05292.

3.1.2 Hg 离子检测

Development of a novel ICT-ESIPT-based NIR ratiometric fluorescent probe for specific detection of Hg2+ in the environment and living organisms

作为一种重金属污染物，汞离子（Hg 2+）对环境和生命构成了极大的危害。汞离子在环境中会迁移、转化并最终在人体中富集，从而给人体带来中毒。因此，在环境和生命体内监测 Hg 2+具有十分重要的意义。基于此，我们构建了一种基于 ICT-ESIPT 机制的 NIRPC-Hg 反应性近红外比率荧光探针样品。该探针不仅能有效克服环境变化的影响，从而实现环境中 Hg 2+的精准检测，而且还具有较大的发射波长位移（红移 130 nm）的优点。此外，NIRPC-Hg 探针构建了 Hg 2+ 经典识别结构和 NIR 荧光团，可低检出限（9.21 nM）灵敏地检测 Hg 2+。环境水样的满意实验结果证明了该探针在环境中具有较高的应用潜力。同时，在生物成像应用中，NIRPC-Hg 探针具有光毒性较小，自发荧光干扰较低的特点，可以方便地实现活细胞、斑马鱼体内 Hg 2+的灵敏检测。因此，NIRPC-Hg 探针的构建为监测环境和生命体内的 Hg 2+提供了有效手段.

Fang, Y.; Zhang, Y.; Liu, C.; Zhu, H.; Wang, K.; Ma, L.; Li, X.; Rong, X.; Li, W.; Sheng, W.; Zhu, B. Development of a Novel ICT-ESIPT-Based NIR Ratiometric Fluorescent Probe for Specific Detection of Hg2+ in the Environment and Living Organisms. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 330, 125634. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125634.

3.1.3 HClO

A colorimetric and ratiometric fluorescent probe of hypochlorous acid and its bio-imaging application

基于 4-氨基苯硼酸频哪酯和 4-(3-甲酰基-4-羟基苯基) 苯甲腈反应，合成了一种新型比值和比色荧光探针 HTD。该探针对次氯酸表现出独特的荧光响应，在其他干扰存在的情况下具有良好的抗干扰性能。当 HTD 遇上 NaClO 时，亮橙色荧光转变为绿色，蓝移发射波长从 550 nm 变为 500 nm。此外，在 NaClO 存在下，HTD 的 UV-vis 在 300 nm 和 375 nm 的吸收减少。基于荧光和 UV-vis 滴定数据，检出限分别为 1.83 × 10-7 M 和 2.96 × 10-6 M。NMR、HRMS 和 IR 光谱表明，HTD 检测 NaClO 的可能传感机制是由于次氯酸在水溶液中氧化而形成初始化合物 4-(3-甲酰基-4-羟基苯基) 苯甲腈。获得了便携式试纸条，真实水样测试回收率在 92.00%~103.25% 之间，取得了良好的结果。最后，HTD 在体內荧光生物成像中成功检测出由 LPS 和 PMA 产生的内源性次氯酸。

Sheng, Y.; Xu, K.; Wang, Z.; Gao, Y. A Colorimetric and Ratiometric Fluorescent Probe of Hypochlorous Acid and Its Bio-Imaging Application. Photochem Photobiol Sci 2024. https://doi.org/10.1007/s43630-024-00672-w.

3.1.4 硫酸根

A structural optimized colorimetric and fluorescent probe for detecting sulfite in food as well as bioimaging in cells and zebrafish

硫酸根离子（SO 32-），作为通用食品添加剂，在食品加工业中发挥着至关重要的作用。同时，作为二氧化硫（SO 2）的主要衍生物，SO 32-与多种疾病和生理过程密切相关。在此，设计和构建了一系列具有 A-π-A 结构的探针 BMQ 1-3。这些探针以 2-（1-（4-取代苯基）乙叉基）丙二腈和 N-甲基喹啉三氟甲磺酸盐为电子受体，以及不饱和烯烃键作为π-连接。结构的变化，衍生于将代表性的电子效应取代基整合到丙二腈受体的苯环的 4-位，对 BMQ 1-3 对反应性硫物种的选择性和抗干扰能力的影响进行了主动的研究。在三个探针中，只有 BMQ 1 可以特异性识别 SO 32-，具有响应时间快（10 s）、信噪比高、选择性好、灵敏度高（LOD = 9.2 nM）的明显优势。与 SO 32- 反应后，BMQ 1 显示出比色和荧光响应，溶液颜色和荧光分别从无色转变为显着的红色。幸运的是，BMQ 1 已成功用于测定泡菜竹笋、草莓干和李子等各种食品样品中的 SO 32-，加标回收率高（95.24-104.03 %）。此外，BMQ 1 还因其低生物毒性和优异的生物相容性而应用于 HeLa 细胞和斑马鱼中 SO 2 的成像。

Xia, X.; Hong, J.; Yan, X.; Duan, L.; Yang, W.; Wang, C.; Tang, K.; Yin, X.; Jiang, T.; Hong, Y. A Structural Optimized Colorimetric and Fluorescent Probe for Detecting Sulfite in Food as Well as Bioimaging in Cells and Zebrafish. Microchemical Journal 2025, 208, 112549. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112549.

3.1.5 NO

Engineered dispersed-structural fluorescent nanoprobes enable fast and long-lasting tracking of Nitric oxide in vivo

为了实现体内对寿命短的一氧化氮进行快速而持久的荧光追踪，探针需要与一氧化氮高效相互作用，而探针的自聚集现象和惰性气体反应中对疏水条件的偏好会阻碍其发挥作用。因此，将不可控的聚集结构转变为分散结构，并将纳米环境从亲水性转变为疏水性对探针至关重要。本文通过闪光纳米沉淀法（FNP）设计了水溶性分散结构荧光纳米探针（SiRDNPs-FNP），实现了对一氧化氮快速而持久的体内追踪。SiRDNPs 将探针封装在两亲性嵌段共聚物中，实现了疏水性纳米环境，同时保持了优异的水溶性。此外，通过操作加工参数，可以调节 NPs 核心中探针的分散结构，从而促进一氧化氮更轻松地接触探针分子并显著缩短响应时间。该策略为制备可控分散结构纳米探针提供了新平台，能实现对体内关键信号气体快速而持久地追踪。

Wu, Y.; Zheng, Z.; Ni, F.; Kayitmazer, A. B.; Ahmad, A.; Ramzan, N.; Zhu, W.-H.; Xie, T.; Guo, Z.; Xu, Y. Engineered Dispersed-Structural Fluorescent Nanoprobes Enable Fast and Long-Lasting Tracking of Nitric Oxide in Vivo. Chemical Engineering Journal 2025, 504, 158748. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158748.

3.1.6 RNA 酶

Leveraging RIBOTAC technology: Fluorescent RNase L probes for live-cell imaging and function analysis

RNA 靶向小分子，尤其是核酸酶靶向嵌合体 (RIBOTAC)，通过募集核糖核酸酶 (RNase) 特异性降解 RNA，代表了一种强大且有前景的治疗方法。尽管具有潜力，但有效的核糖核酸酶募集工具的开发仍处于早期阶段，仍然是研究的关键领域。核糖核酸酶 L (RNase L) 是 RIBOTAC 靶向的关键核糖核酸酶，但用于研究 RNase L 的工具有限。在这项研究中，我们介绍了新型荧光核糖核酸酶结合剂，以增强对 RNase L 活性的可视化和研究。我们的研究结果为 RNase L 动力学和 RNA 降解途径提供了新的见解，为更有效的 RNA 靶向降解策略铺平了道路。此外，我们探索了这些偶联物在 RNase L 定位、细胞内运输和机理研究中的实时跟踪的通用性。这些荧光探针还能够进行高通量基于荧光的测定，以识别结合并募集 RNase L 的小分子，从而推进 RNA 靶向治疗方法。

Khaskia, E.; Benhamou, R. I. Leveraging RIBOTAC Technology: Fluorescent RNase L Probes for Live-Cell Imaging and Function Analysis. Heliyon 2025, 11 (1), e41295. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e41295.

3.2 细胞成像

3.2.1 脂滴极性

A fluorescent probe based on a coumarin-aurone moiety for visualizing polarity changes in lipid droplets under multiple modes 脂滴（LDs）具有独特的结构，由一层磷脂围绕一个中性脂质核组成。脂滴极性的变化与多种疾病的发展和进展密切相关。因此，开发了一种基于香豆素- 偶姻部分的荧光探针（LD-CK），它对 LDs 表现出优异的靶向性和对极性变化的敏感性。脂滴的含水量非常低，LD - CK 探针对由 0% 至 10% 的水分含量微小波动引起的极性变化非常敏感，导致探针的荧光峰产生 58 nm 的显著红移。这突出了该探针监测 LDs 内极性波动的适用性。此外，与商用脂滴探针相比，LD - CK 探针表现出优异的光稳定性。该探针还成功地展示了斑马鱼在胚胎期、正常幼虫期和饥饿处理后的脂质变化。同时，通过共聚焦显微镜，LD-CK 成功地监测了油酸诱导的脂滴积累以及细胞内氧化应激条件下极性的增强。这展示了该探针在诊断极性相关脂滴疾病方面的巨大潜力。

Huang, Y.; Xin, H.; Zhang, Y.; Yang, G.; Li, K.; Wang, L.; Guan, R.; Wang, K.-N.; Cao, D. A Fluorescent Probe Based on a Coumarin-Aurone Moiety for Visualizing Polarity Changes in Lipid Droplets under Multiple Modes. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 426, 137141. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.137141.

4 诊疗型荧光材料

4.1 疾病诊断

4.1.1 帕金森

Screening Anti-Parkinson’s Disease Drugs in Living Mouse Brains via a Peroxynitrite-Activated Fluorescent Probe 帕金森氏病（PD）体内脑水平的抗帕金森氏药物筛选对于 PD 管理至关重要，但目前尚未实现。过氧亚硝酸盐 (ONOO-) 与 PD 进展有关。因此，开发基于体内 ONOO- 的成像工具用于抗 PD 药物筛选有望早期预测和治疗 PD。因此，设计了一种具有高特异性、良好灵敏度（LOD = 24 nM）和快速响应（\u 003 c 60 s）的近红外 (NIR) 荧光探针 BOB-Cl-PN 来研究 ONOO- 和 PD 之间的关系。利用 NIR 荧光成像，BOB-Cl-PN 有效监测了 1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶 (MPTP) 诱导的 PD 细胞模型中的 ONOO- 波动，建立了抗 PD 药物的细胞高通量筛选 (cHTS) 系统。在活体动物成像中，BOB-Cl-PN 穿透血脑屏障的能力实现了 PD 小鼠大脑的 ONOO- 通量成像。此外，BOB-Cl-PN 作为活体成像对比剂用于筛选用于 PD 治疗的潜在中药，在 10 种中药中确定了杨梅素具有最佳治疗指数。本研究构建了一种用于监测 PD 大脑中 ONOO- 动力学的灵敏、高效的成像对比剂，并为细胞和体内抗 PD 药物筛选提供了有价值的平台。

Wu, J.; Wang, X.; Zou, J.; Qiu, R.; Mao, Z.; Liu, Z. Screening Anti-Parkinson’s Disease Drugs in Living Mouse Brains via a Peroxynitrite-Activated Fluorescent Probe. Chemical & Biomedical Imaging 2024, cbmi. 4 c 00076. https://doi.org/10.1021/cbmi.4c00076.

4.1.2 中风

Efficacy evaluation of edaravone by imaging of •OH in cerebral ischemia-reperfusion injury with a novel fluorescent probe

自由基羟基（•OH）是中风过程中的关键靶点。本文开发了一种新型穿血脑屏障（BBB）的荧光探针 BIBP-H，其具有氢半花青素部分，用于智能检测 •OH。BIBP-H 中的氢被 •OH 抽象出来，释放出笼罩的大 π 共轭荧光团，从而触发开启荧光响应。BIBP-H 具有高选择性、灵敏性和生物相容性，可以监测活神经元细胞中的内源性和外源性 •OH，还可以可视化中风大鼠脑缺血再灌注损伤 (CIRI) 情况下脑中的 •OH。利用该探针，我们进一步证实了依达拉奉 (EDA) 减少 •OH 水平的抗卒中功效。这些发现表明 BIBP-H 是一种方便且可靠的 •OH 生物成像和中风监测探针。

Xiang, H.; Taledaohan, A.; Yu, M.; Huang, B.; Wang, K.; Fu, W.; Xiao, N.; Li, C.; Wang, Y. Efficacy Evaluation of Edaravone by Imaging of •OH in Cerebral Ischemia-Reperfusion Injury with a Novel Fluorescent Probe. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 427, 137163. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.137163.

4.1.3 肝损伤

A hepatocyte-targeting ratiometric fluorescence probe for monitoring peroxynitrite in liver injury 肝脏作为主要的代谢和解毒器官，极易受到损伤，其损伤程度可以通过测量过氧化亚硝酸盐 (ONOO−) 的升高情况进行评估。尽管许多荧光探针已成功用于检测 ONOO−，但靶向肝细胞的探针仍然稀缺。本文合成了一种靶向肝细胞的比例式荧光探针 Cy-Gal。Cy-Gal 是通过将半花菁荧光团与半乳糖结合而构建，能够靶向递送至肝脏并发出红色荧光。与 ONOO− 反应后，Cy-Gal 发生 C 双键 C 键的氧化和断裂，生成 O-Gal 并发出蓝色荧光。该过程显示出 240 nm 的显着发射位移，表明对 ONOO− 具有出色的比例式荧光响应。这使得能够以出色的灵敏度和选择性精确检测 ONOO−。此外，Cy-Gal 因其半乳糖部分而具有靶向肝细胞的能力，并可有效监测 HepG 2 细胞中外源性和内源性 ONOO−。特别是，Cy-Gal 具有良好的靶向肝细胞能力，可用于四氯化碳 (CCl 4) 或利福平 (RFP) 诱导的肝损伤小鼠模型中的 ONOO−。

Li, T.; Wang, Z.-Q.; Yang, Z.-C.; Long, J.-Q.; Mao, G.-J.; Xu, F.; Li, Y.; Li, C.-Y. A Hepatocyte-Targeting Ratiometric Fluorescence Probe for Monitoring Peroxynitrite in Liver Injury. Microchemical Journal 2025, 208, 112566. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112566.

4.1.4 类风湿关节炎

BODIPY-Based Ratiometric Fluorescent Probe for Sensing Peroxynitrite in Inflammatory Cells and Tissues 过氧亚硝酸根离子 (ONOO−) 在许多生理和病理过程中发挥重要作用。细胞中过量的 ONOO− 会导致氧化应激和炎症。然而，仍然缺乏对特定细胞器 (例如线粒体) 中 ONOO− 水平的精确监测，并且亟需这种方法。在此，我们合理设计了一种线粒体靶向比率荧光探针 MOBDP-I，用于成像炎症细胞和模型小鼠的线粒体中的 ONOO−。该探针 MOBDP-I 是通过将 BODIPY 荧光团与线粒体靶向部分——吲哚盐基团通过碳碳双键 (C=C) 共轭合成的。在 ONOO− 的存在下，BODIPY 骨架与吲哚盐基团之间的 C=C 键被氧化并断裂，导致 510 nm 处的荧光增强 18 倍，同时 596 nm 处的荧光显著下降。比率响应特性使该探针在细胞中定量 ONOO− 方面具有优势，从而可以估算活细胞和类风湿关节炎、腹膜炎和小鼠脑炎模型中的炎症程度。MOBDP-I 可作为研究 ONOO− 与炎症性疾病的发生发展之间关系的有效分子工具。

Wu, Q.; Hu, Z.; Zhang, G.; Jin, Y.; Wang, Z. BODIPY-Based Ratiometric Fluorescent Probe for Sensing Peroxynitrite in Inflammatory Cells and Tissues. Biosensors 2024, 14 (12), 638. https://doi.org/10.3390/bios14120638.

A Mitochondria-Targeted Fluorescence/Photoacoustic Dual-Modality imaging probe for Hypochlorous Acid-Related inflammatory Responses in vivo

次氯酸 (HClO) 是一种重要的内源性活性氧 (ROS)，被广泛认为是 ROS 的代表性物质。HClO 积累过量与组织损伤和多种疾病密切相关。值得注意的是，作为细胞内主要能量工厂的线粒体也是 HClO 产生至关重要的场所。因此，检测细胞内线粒体 HClO 具有重要意义。在本项研究中，我们设计并合成了新型近红外荧光 (NIRF)/光声 (PA) 双模态探针 MB-TPP。MB-TPP 对 HClO 表现出优异的选择性，荧光转换响应迅速（\u 003 c 5 s）。MB-TPP 在 HClO 检测中显示出卓越的灵敏度（LOD = 0.075 μM）。此外，MB-TPP 具有良好的水溶性和线粒体靶向能力。MB-TPP 已在斑马鱼和小鼠等生物模型中得到验证，其出色的 NIRF 成像能力可用于成像内源性和外源性 HClO。值得注意的是，MB-TPP 能够在体外进行 HClO 的 PA 成像，并显示出线性检测效率。而且，MB-TPP 在小鼠类风湿关节炎模型中展示了其 NIRF/PA 双模态成像能力。作为一种功能强大的 NIRF/PA 成像可视化工具，MB-TPP 在监测和研究 HClO 相关炎症性疾病方面具有巨大的潜力，尤其是在线粒体功能相关的生物学背景下，强调了其广泛的应用潜力和在生物医学研究和临床诊断领域的重要价值。