Fluolab荧光爱好者周刊（第十一期）
本周图片：正在分裂的细胞，图片来源
1 综述
1.1.1 基于镧的近红外2b荧光材料
近几十年来，近红外II区（NIR-II，1000-1700 nm）窗口中的体内生物医学成像技术和光学材料取得了显著发展，并引起了广泛的兴趣。特别是，向长波长端扩展发射波长（NIR-IIb，1500-1700 nm）的成像技术，通过利用大大减少的光子散射和接近零的组织自发荧光背景，提供了微米级的成像分辨率和厘米级的组织穿透深度，这已成为一个非常热门的研究领域。本综述聚焦于近期在开发用于体内生物医学应用的基于镧系元素的NIR-IIb探针方面的进展，包括比率成像、多通道成像、荧光寿命和传感、长余辉发光以及多模态成像等。这些进展指出了NIR-IIb探针的光物理和光化学特性研究、近红外相机的选择以及NIR-IIb成像子窗口的潜在扩展方面的挑战和未来方向。这篇综述将激发对开发用于高对比度体内生物医学应用的光学成像技术和长波长荧光探针有浓厚兴趣的读者。
Wu, J.; Chen, Z.; Xie, Y.; Fan, Y. Advances in Lanthanide‐Based NIR‐IIb Probes for In Vivo Biomedical Imaging. Small Methods 2024, 2401462. https://doi.org/10.1002/smtd.202401462.
1.1.2 重金属检测及水质改善
近年来，工业环境中的重金属离子污染对人类健康构成威胁，尤其是在淡水资源中。设计多功能发光纳米材料成为检测和大规模去除重金属离子的策略之一。这些纳米材料因其独特的优势而受到关注，包括提高检测效率、最低检测限（LOD）、最小离子干扰、快速响应性和选择性，以及独特的物理化学性质。本综述强调了设计、开发和利用发光纳米材料的原则，重点考虑了重金属离子的基本检测和去除机制。特别地，这些纳米材料提高了修复质量，通过关注该领域的机遇和挑战进行了详细讨论。最后，这些纳米材料的设计方法和提高对重金属离子的检测和去除效率的新前景和策略，为大规模应用提供了新的方向。
Chenab, K. K.; Zamani‐Meymian, M.; Qasemi, E. Luminescent Multifunctional Nanomaterials: Capacitive Removal and Enhanced Detection Efficiency of Heavy Metals Ions for Advanced Water and Wastewater Treatment Application. Advanced Sustainable Systems 2024, 2400545. https://doi.org/10.1002/adsu.202400545.
1.1.3 激活型近红外双光子荧光探针
双光子激发荧光成像（TPEFI）是一种用于实时检测分析物和可视化生物条件的技术，与传统的单光子激发相比，它具有更深的组织穿透力、更少的光损伤、高灵敏度和优越的时间分辨率等优势，特别适合于体内成像应用。近年来，将生物刺激响应元素整合到双光子荧光团中，使得开发出能有效监测多种生物过程和疾病的近红外生物成像中的生物激活双光子激发小分子成为可能。2019至2024年间，研究者们在设计和应用双光子激发近红外荧光探针方面取得了显著进展，这些探针专门用于基于活性的生物成像。通过讨论化学和酶促激活探针的结构设计原理、生物响应特性、双光子吸收和发射特性，以及它们在体外和体内监测特定生物医学条件和疾病的用途，这些进展为未来生物成像技术的发展提供了新的方向。此外，AIEgens（聚集诱导发光）在生物成像和治疗疾病方面展现出巨大潜力，特别是在针对特定细胞器的生物成像和疾病治疗方面。这些创新的荧光探针不仅提高了生物成像技术的精度和效率，而且为生物医学研究和诊断提供了新的工具和方法。
Gao, J.; Liu, M.; Wu, L.; Tian, Z.; Tang, J.-H.; Sun, Y. Activatable Two-Photon-Excited Molecular Fluorescent Probes for Near-Infrared Biosensing and Bioimaging. ACS Appl. Eng. Mater. 2024, 2 (11), 2504–2520. https://doi.org/10.1021/acsaenm.4c00598.
2 检测型荧光材料
2.1 金属/阳离子检测
2.1.1 Fe3+
本研究开发了一种新型近红外半菁衍生物，该衍生物带有1,3-二噻烷基团，作为一种高效的荧光探针，用于水性介质（THF/H2O，1:1，v:v）中Fe3+的检测。这种近红外荧光探针对Fe3+的检测表现出高灵敏度和选择性，检测限为0.5 μM，且在较宽的pH值范围内（pH = 2–12）有效。这一成果为设计和开发新型“点亮型”Fe3+荧光探针提供了重要的科学依据。
Ye, J.; Zhang, Y.; Zhu, Q.; Chang, Z.; He, W. A Hemicyanine‐Based Highly Sensitive and Selective Near‐Infrared Fluorescent Probe for Fe 3+ in Aqueous Media. Luminescence 2024, 39 (11), e70024. https://doi.org/10.1002/bio.70024.
2.1.2 Zn2+
本研究成功开发了两种基于喹啉的“点亮型”荧光探针（QSP-H和QSP-Cl），用于高灵敏度检测人体内的锌离子（Zn2+）。这两种探针具有低检测限（QSP-H为71 nM，QSP-Cl为67 nM）和高选择性，并且能在较宽的pH范围（QSP-H为3-12，QSP-Cl为3-11）内工作。通过高分辨质谱（HRMS）、1H核磁共振滴定（1H NMR titration）、密度泛函理论（DFT）计算和Job’s plot分析等方法，研究了QSP-H和QSP-Cl通过配位增强荧光效应（CHEF）检测Zn2+的机制。QSP-H和QSP-Cl不仅能有效应用于两种婴儿配方奶粉样本中Zn2+的定量评估，还能用于活细胞中外源性Zn2+的生物成像检测。
Lu, W.; Chen, J.; Tang, J.; Chen, Y.; Ma, Y.; Sang, W.; Feng, S.; Yang, S.; Wang, Y.; Li, X. Quantitative Detection of Zn2+ in Infant Formula and Living Cells Using Quinoline-Based Fluorescent Probes. Food Anal. Methods 2024. https://doi.org/10.1007/s12161-024-02709-3.
2.1.3 Al3+
阿尔茨海默病（AD）是一种神经退行性疾病，对全球人类健康构成重大威胁。铝与AD之间的关联已被广泛报道。由于铝在日常生活中无处不在，因此铝暴露可能随时发生。因此，迫切需要一种快速且灵敏的试剂来检测铝，并帮助潜在的AD患者群体进行日常预防。然而，现有的铝检测方法依赖于精密仪器，这对于家庭使用是不切实际的。本研究设计了一系列基于聚集诱导发光的共价有机框架（AIE-COF）荧光探针，通过调整尺寸筛选出对铝检测响应最高的COF-N2。COF-N2对铝的特异性反应最高，螯合前后荧光强度变化达到19.14倍，肉眼即可判断铝浓度。研究还解释了COF-N2荧光变化的分子机制，并利用COF-N2诊断了APP/PS1转基因小鼠各器官中的铝分布，并快速测定了日用品中的铝含量。
Zhao, Y.; Xi, E.; Wang, Z.; Ding, Q.; Liu, K.; Zhu, J.; Wu, X.; Xie, Y.; Yang, F.; Gao, N.; Sun, H.; Yang, Y.; Yuan, Y.; Zhu, G. Aggregation-Induced Emission-Based Covalent-Organic Framework Fluorescent Probes for Clinical Detection of Aluminum and Daily Prevention of Alzheimerʼs Disease by Naked-Eye. Sci. China Chem. 2024. https://doi.org/10.1007/s11426-024-2303-x.
2.2 阴离子检测
2.2.1 Cr2O72−
本研究基于水杨醛单元设计并合成了一种新型荧光化学探针DSS，该探针具有柔性的长链，包含十个亚甲基单元。实验结果表明，荧光探针DSS能够高效且选择性地识别Cr2O72−阴离子，检测限（LOD）为1.14 × 10^-7 M。此外，探针的结合常数（Ka）为3.75 × 10^4 M^-1，最小定量限（LOQ）低至3.82 × 10^-7 M。通过荧光和紫外可见光谱法系统研究了荧光化学传感器DSS的识别机制。显著的是，Cr2O72−能够通过内部滤光效应（IFE）显著猝灭DSS的荧光。基于这一现象，建立了一种新颖的类似salamo的荧光方法用于检测Cr2O72−。该提出的荧光方法已成功应用于雨水、自来水和黄河水样中Cr2O72−的检测。
Na, L.-P.; Zheng, T.; Cai, Z.; Tuo, N.; Ding, Y.-F.; Chen, C.; Dong, W.-K. A Flexible Ten Carbon Long-Chain Salamo-like Fluorescent Probe for Highly Efficient and Selective Recognition of Cr2O72− Ions, Mechanism and Practical Application. Inorganica Chimica Acta 2025, 575, 122449. https://doi.org/10.1016/j.ica.2024.122449.
2.2.2 Pi
无机磷酸盐（Pi）不仅在生物体内维持生理功能，还是环境水污染的指标。因此，寻找一种快速且直接的检测Pi的方法极为重要。本研究通过简单的溶剂热法合成了镧系金属发光纳米材料铕-均苯三酸（Eu-PMA），其特征性荧光发射波长分别为PMA的435纳米和Eu3+的617纳米，并将其用作比率荧光检测Pi的探针。随着Pi量的增加，Pi与配体PMA形成强络合，导致Eu-PMA结构破坏。PMA无法敏化Eu3+的发光，因此系统在617纳米处的荧光强度显著降低。同时，通过能量转移相互作用，配体PMA在435纳米处的荧光强度微弱增加。基于这两种荧光强度变化的比率，建立了一种用于检测Pi的比率荧光方法。该方法不仅快速简单，而且提高了Pi检测的灵敏度（线性范围为0.1-90微米）。此外，该方法成功地分析测定了实际水样中Pi的含量，进一步拓宽了比率荧光法检测Pi的意义和应用前景。
Dong, X. Z.; Zhang, T. Y.; Guo, Y. R.; Li, N. B.; Luo, H. Q. An Optical Probe Based on Lanthanide Light-Emitting Nanomaterials for Detecting Phosphate by Ratiometric Fluorescence Method. Microchemical Journal 2024, 207, 112155. https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.112155.
2.2.3 ONOO-
本研究开发了一种名为NAP-ONOO的创新荧光探针，用于监测肝脏损伤过程中过氧亚硝酸盐（ONOO-）水平的变化。ONOO-是一种活性极高的物质，其在生理环境中的检测较为困难。NAP-ONOO由于具有高生物相容性，能够在细胞模型和动物模型中检测到ONOO-的上调，这与肝脏炎症、酒精损伤和药物毒性有关。这项技术不仅有助于识别肝脏损伤的生物标志物ONOO-，还为肝脏损伤的诊断、药物筛选和细胞成像提供了有力工具，为未来研究开辟了新途径。
Fan, C.; Ma, K.; Chi, W.; LiMeng, Y.; Dong, Q.; Gao, Y.; Zeng, C.; Meng, W.; Shu, W.; Zeng, C. An Innovative Fluorescent Probe for Monitoring of ONOO- in Multiple Liver-Injury Models. Talanta 2025, 283, 127194. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.127194.
2.2.4 AsO33-
本研究针对地下水中砷污染这一紧迫问题，开发了一种高灵敏度的荧光敏感膜（Al2O3-AHM），用于超灵敏检测地下水中的砷酸根离子（AsO33-）。该膜通过自组装单层（SAM）策略在氧化铝基底上生长出一种点亮型荧光探针（AHM），实现了对AsO33-的高灵敏度检测。当Al2O3-AHM集成到便携式激光诱导荧光传感器（LIFs）中时，能够以极低的检测限（4.65 ppb）高度灵敏地检测AsO33-。此外，该便携式荧光传感器平台已成功应用于实际地下水样本中AsO33-浓度的检测，其结果与电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）分析结果大体一致，证明了其可靠性和准确性。总体而言，这项研究提出了一种新的设计概念和方法，为未来基于膜的荧光传感器的发展提供了实时和现场检测重金属离子的新途径。
Han, Y.; Chang, X.; Gao, N.; Yan, K.; Guo, W.; Wang, B. Self-Assembly Monolayer Fluorescent Probe on Alumina Substrate Enabling Highly Sensitive Detection of Arsenite Ions in Groundwater. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 424, 136882. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136882.
2.3 小分子
2.3.1 四环素
本研究成功合成了一种新型的具有手性识别能力的CCDs荧光探针，这些探针以L-赖氨酸和L-半胱氨酸为前体。CCDs具有两个荧光发射峰，分别位于390纳米和450纳米。有趣的是，当加入L-色氨酸（L-Trp）时，CCDs在390纳米处的荧光强度明显增强，而在存在D-色氨酸（D-Trp）时，450纳米处的荧光强度仅略有增强。这一手性传感系统不仅能根据荧光强度识别色氨酸对映体，还能根据发射波长进行区分。当色氨酸对映体的浓度为1 mM时，对映选择性（IL/ID）达到4.5。该手性传感平台不仅可用于D-Trp和L-Trp的定量分析，还可用于测定外消旋体的对映体过量。通过分子模拟研究了手性识别机制，发现L-Trp与CCDs的结合能量更高。
Wu, Q.; Chen, Y.; Wang, Y.-L.; Song, J.-Y.; Lv, H.-T.; Sun, Y.-M. Dual Emission Chiral Carbon Dots as Fluorescent Probe for Fast Chiral Recognition of Tryptophan Enantiomers. Analytica Chimica Acta 2025, 1334, 343414. https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.343414.
2.3.2 Cys
本研究成功合成了一种基于4,4-二氟-2,6-二(1-辛基, 5-苄基尿嘧啶)-8-(3,4,5-三(乙氧基)苯基)氟硼二吡咯（BODIPY-A）的近红外荧光探针。该探针的发射波长为672纳米，位于近红外区域，具有组织穿透深、背景自荧光低和光损伤小等优点。BODIPY-A探针对半胱氨酸（Cys）显示出良好的“点亮型”荧光响应，通过与半胱氨酸的亲核取代反应实现，并且能够排除同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH）的干扰。该探针的线性检测范围为0-90 μM，检测限为0.3 μM。BODIPY-A探针被应用于血清样本中Cys的分析，绝对回收率在95%-99%之间，相对标准偏差（RSD）为0.031%-0.371%。研究表明，BODIPY-A探针有望用于人体中Cys的灵敏检测。
Dou, X.; Liu, W.; Luo, Y.; Zhang, L.; Luo, J.; Wu, C.; Huang, T.; Pu, X. A BODIPY-Based “Turn on” near-Infrared Fluorescence Probe for Specific Detection of Cysteine. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 327, 125441. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125441.
2.3.3 谷胱甘肽
人类肠道微生物群在健康管理中扮演着重要角色。有效检测肠道细菌及其代谢物，以及评估抗生素敏感性，对于治疗肠道细菌相关疾病至关重要。研究中设计并开发了一种双位点（硝基苯硫醚基团和醛基）荧光探针DNO-HC，它能快速（约1分钟）响应谷胱甘肽（GSH），具有低背景荧光、高选择性和低检测限（45 nM）。此外，该探针可用于评估不同肠道来源细菌的代谢水平（GSH）并区分它们的革兰氏状态。值得注意的是，使用该探针已成功评估对各种抗生素的抗菌药物敏感性。它为治疗与细菌感染相关的疾病提供了一种有前途的策略。
Tan, H.; Zeng, M.; Fang, C.; Zhu, X.; Liu, M.; Long, Y.; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S. A Glutathione-Sensitive Small Molecule Fluorescent Probe for Rapid and Facile Gut Microbiota Sensing. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 327, 125408. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125408.
2.3.4 水杨酸
水杨酸（SA）在食品储存、防腐剂、添加剂、医疗保健和制药行业中广泛使用。然而，大量摄入SA会导致多种中毒症状。因此，迫切需要开发新的工具来快速、简单地检测SA。本研究构建了五种基于罗丹明的荧光传感器，并研究了它们对SA的检测特性。探针1表现出对SA的高选择性、快速响应、高灵敏度（检测限为2.5 μM）、良好的抗干扰能力和肉眼识别能力。通过喷雾实验和基于纸张的测试条，表明探针1能够使用智能手机识别RGB值在现场定量检测实际食品表面的SA。该传感器在土壤样本、水和各种农业食品样本中的检测性能得到了验证。总体而言，构建的SA传感器可以作为一种有前景的、方便的、经济的工具，用于多种环境样本中SA的现场检测。
Liu, S.-T.; Zhang, L.-L.; Tan, S.; Wang, K.-J.; Tang, A.-L.; Niu, W.; Huang, H.-Y.; Ge, M.-H.; Yang, L.-L.; Zhou, X.; Liu, L.-W.; Yang, S. Construction of Rhodamine-Based Fluorescent Sensor for Fast, on-Site Quantitative Detection of Hazardous Salicylic Acid in Practical Sample Analysis. Food Chemistry: X 2024, 24, 101992. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2024.101992.
2.3.5 SO2
炎症是一种复杂的生理反应，涉及多种细胞和分子事件。在生理条件下，通常以HSO3−和SO32−形式存在的二氧化硫（SO2）在炎症和疾病的调节中起着至关重要的作用。频率上转换发光（FUCL）能够实现从长波长激发到短波长发射的独特反斯托克斯过程，因此它是一种非常有前景的体内成像光学方法，因为它具有深层组织穿透能力和低光损伤等特点。因此，研究者开发了一种近红外FUCL探针NIRX-1，用于检测HSO3−。NIRX-1具有快速响应（80秒）、低检测限（0.43 μM）和对HSO3−的高选择性。此外，由于在808 nm处的近红外激发，NIRX-1具有深层光穿透能力，能够检测活细胞和小鼠中的HSO3−。最后，NIRX-1被用于通过FUCL成像技术在炎症小鼠模型中成像HSO3−。所有这些特性使NIRX-1成为研究与SO2相关的生理和病理过程的良好候选物。
Zeng, H.; Ma, X.; Pan, S.; Han, Y.; Tang, Y.; Fan, Y.; Wu, Y. A Near-Infrared Frequency Upconversion Fluorescent Probe for Rapid and Sensitive Visual Detection of Sulfur Dioxide. Analyst 2024, 10.1039.D4AN01269K. https://doi.org/10.1039/D4AN01269K.
2.3.6 组氨酸
本研究开发了一种高灵敏度和选择性的荧光“点亮型”传感器，用于水溶液中L-组氨酸（His）的检测，该传感器基于1-Cu2+复合物。这个传感平台采用了基于荧光的配体置换方法，以含有N'-乙酰腙基的BODIPY衍生物（1）与Cu2+形成的复合物为基础。最初具有高荧光的化合物1被Cu2+选择性猝灭，形成1-Cu2+复合物。由于His与Cu2+之间的高亲和力，有效地将1从复合物中置换出来，恢复荧光。该系统展现出快速响应（5分钟内），优异的灵敏度（检测限为78 nM），操作简单，以及大的荧光“点亮型”信号。它对His表现出显著的选择性，优于其他氨基酸，并且通过马来酰亚胺掩蔽半胱氨酸干扰。值得注意的是，该传感器在复杂的生物基质中稳定，已成功用于人工尿液样本中His的定量分析。其实用应用扩展到基于纸张的测试条，提供了便携性，并有潜力用于临床诊断和生物系统中His的实时监测。
Cho, S.; Sharma, P.; Saputra, R. R.; Kim, Y. A Copper‐Incorporated Meso ‐( N’ ‐acetyl‐hydrizide)‐BODIPY as a “Off‐On” Fluorescent Probe for Histidine. Chemistry An Asian Journal 2024, e202401182. https://doi.org/10.1002/asia.202401182.
2.3.7 精氨酸
在细胞分裂中，氨基酸L-精氨酸（Arg）的功能至关重要，其在细胞中的不适当水平与多种疾病相关，包括癌细胞增殖。本研究合成并表征了两种Fe(III)配合物[Fe(L1)Cl3]，1（L1 = 1-(pyren-1-yl)-N,N-bis(pyridin-2-ylmethyl)-methanamine）和[Fe(L2)Cl3]，2（L2 = 1-(anthracen-9-yl)-N,N-bis(pyridin-2-ylmethyl)-methanamine），作为Arg的光学传感器探针。EPR谱表明Fe(III)中心具有高自旋性质（g = 8.38, 5.14, 4.21, 和 2.15）。X射线晶体学分析显示2号配合物Fe(III)周围存在扭曲的八面体几何形状。这两种Fe(III)配合物本身是非荧光的，但芘附加的1号配合物在Arg的作用下通过还原Fe(III)形成高荧光Fe(II)配合物，显示出荧光强度增强。Arg通过羧酸盐基团的O原子和去质子化α-氨基的N原子与Fe(II)中心配位。同样，His与1号配合物的相互作用显示出比Arg低50%的荧光强度增强。然而，1号配合物对其他氨基酸不敏感且不发光。氧化还原研究表明，这些配合物的Fe(III)/Fe(II)氧化还原电位是可逆的；1号配合物显示出比2号配合物更低的氧化还原电位（-0.358 V vs NHE对比-0.253 V vs NHE）。1号配合物的Fe(III)/Fe(II)氧化还原对在Arg相互作用下（1:1）在循环伏安法中完全消失。此外，1号配合物被用作光学探针，用于在Henrietta Lack宫颈癌细胞中成像Arg。检测限和结合常数分别计算为0.4 μM和4.7 × 10^4。然而，2号配合物与Arg没有表现出这种变化，其Fe(III)/Fe(II)氧化还原对不受影响。Cu(II)类似物对所有氨基酸均无荧光且无反应。
Priyanga, S.; Velusamy, M.; Ramasubramanian, R.; Mayilmurugan, R. Fe(III) Complexes as the Optical Imaging Probe for l -Arginine via the Redox Mechanism. Crystal Growth & Design 2024, acs.cgd.4c00822. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.4c00822.
2.4 大分子检测
2.4.1 微塑料
本研究开发了两种新型四苯乙烷（TPE）衍生物TPE-Phenyl-Py和TPE-Vinyl-Py，它们具有优异的水溶性，通过在TPE主链中引入双正电荷位点来实现。这些TPE衍生物与吡啶和季铵阳离子相连，分别通过苯基和乙烯基团。值得注意的是，这两种TPE衍生物都能在水体中对各种微塑料（MPs）进行原位检测，且检测时间仅需10秒，这是因为TPE探针在MPs上的固定增强了荧光。与传统染料在染色不同类型MPs时颜色不变相比，这些彩色颗粒可以根据其独特的发射颜色进行区分，这些颜色来自于TPE衍生物的固定诱导发射和MPs的固有荧光。特别令人兴奋的是，由于TPE-Vinyl-Py具有更好的亲水性和较弱的背景荧光，它在检测95℃水泡过的茶包中释放的MPs时表现出色。这项工作为探索更多用于MPs检测的“点亮型”荧光探针提供了有效的策略
Wang, M.; Kong, F.; Liu, D.; Wang, X. Constructing Amphiphilic Fluorescent Probes with Dual-Positive Charge Sites for Microplastics Detection through Immobilization-Induced Emission. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 424, 136928. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136928.
2.4.2 细菌检测
本研究成功构建了一个基于四苯乙烯（TPE）的共价有机聚合物（COP）纳米颗粒的高灵敏度细菌电化学发光（ECL）生物传感平台。这些COP纳米颗粒通过简单的Menschutkin反应策略合成，使用带有溴化物的分子和1,1,2,2-四(4-吡啶基苯基)乙烯作为交联剂和发光基团。所制备的ECL大肠杆菌生物传感器具有高灵敏度、低检测限（0.19 CFU/mL）、宽线性范围（1 × 10^2–5 × 10^6 CFU/mL）和良好的选择性。细菌生物传感器的优异性能归因于均匀的球形COP纳米颗粒，这些颗粒具有增强的荧光（FL）和ECL信号，其最大ECL效率比典型的三联吡啶钌(II)发射体高出8.4倍。通过改变带有溴化物的分子，可以调节基于TPE的COP纳米颗粒的FL和ECL强度，从而调节它们在最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间的能隙。基于TPE的COP纳米颗粒具有很强的FL和ECL强度，为构建高灵敏度细菌ECL生物传感器铺平了一条有前途的途径，用于大规模筛选致病细菌。
Lian, Z.; Li, C.; Wang, Y.; Tan, L.; Yu, M.; Xiao, L.; He, L.; Gao, W.; Liu, Y.; Ma, Y.; Hu, J.; Luo, X.; Li, A. Tetraphenylethene-Based Covalent Organic Polymers with Aggregation-Induced Electrochemiluminescence for Highly Sensitive Bacterial Biosensors. Anal. Chem. 2024, 96 (47), 18690–18698. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c03249.
2.4.3 阳性细菌
本研究成功合成了一系列阳离子聚集诱导发光（AIE）活性的铱(III)配合物（Ir1-Ir5），这些配合物具有[Ir(CN)2(NN)]Cl的形式，其中CN是与不同烷基链长度的2-苯基苯并咪唑配体进行环金属化，NN是连接到双聚乙二醇链的2,2'-联吡啶配体。这些配合物利用AIE现象通过荧光显微镜成像检测细菌，在革兰氏阳性细菌中显示出强烈的红色发射。这些铱(III)配合物对革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌（包括敏感和耐甲氧西林菌株）、粪肠球菌和粪肠球菌，以及革兰氏阴性的大肠杆菌和铜绿假单胞菌表现出抗菌活性。特别是Ir2-Ir4配合物对革兰氏阳性菌株表现出强大的抗菌活性，最低抑制浓度（MICs）值在1-9微米范围内，与临床批准的抗生素万古霉素相当。相比之下，这些配合物对革兰氏阴性细菌株不活跃（MICs >100微米）。配合物的抗菌活性机制涉及活性氧（ROS）的产生、膜去极化和破裂，这些因素共同导致细菌细胞死亡。此外，Ir1-Ir3配合物对人类红细胞和人类胚胎肾（HEK293）细胞的毒性较低，表明它们有潜力作为抗菌剂使用 
Gautam, A.; Gupta, A.; Prasad, P.; Sasmal, P. K. Development of Cyclometalated Iridium(III) Complexes of 2‐Phenylbenzimidazole and Bipyridine Ligands for Selective Elimination of Gram‐Positive Bacteria. Chemistry An Asian Journal 2024, e202401060. https://doi.org/10.1002/asia.202401060.
2.4.4 病原体
聚集诱导发光（AIE）是一种新型的信号输出方法，但在病原体检测方面的应用受到限制。本研究首次构建了基于Au(I)-GSH复合物AIE特性的多功能生物传感器，用于快速、灵敏地检测总细菌数。细菌通过MNPs@Au@4-MPBA（MAu@MPBA）中的硼酸基团识别其表面的肽聚糖而被捕获，同时阳离子聚合物聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（PDDA）通过静电吸附在细菌上。经过磁分离后，剩余的PDDA诱导Au(I)-GSH复合物聚集产生强烈的红色荧光，与细菌数量呈线性关系。在优化条件下，细菌的定量检测可在60分钟内完成，最低检测浓度为18 CFU/mL。此外，在检测过程中，90%的细菌可以被有效灭活。这种策略能够灵敏地检测并杀灭食源性病原体，并成功应用于食品安全监测。
Sun, R.; Guo, J.; Wang, Y.; Wang, H.; Zheng, H.; Qi, Y. Aggregation-Induced Emission (AIE) of Au(I)-GSH Complexes Activated by Cationic Polymer for Sensitive Foodborne Pathogens Detection and Inactivation. Food Chemistry 2025, 465, 141988. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141988.
2.5 多重检测
2.5.1 Cu2+ , Cys and pH
本研究开发了一种具有聚集诱导发光增强（AIEE）特性的高度灵敏和光学选择性的传感器PDN，用于通过荧光On-Off-On策略顺序检测Cu2+和L-半胱氨酸。传感器的选择性依赖于传感器分子中重氮功能团的存在及其适当的腔位置。基于偶氮染料的PDN传感器通过简单的重氮化合成方法合成，显示出非凡的AIEE行为和由于J-聚集体形成导致的红移。通过SEM和DLS分析分别分析了聚集体的形态和大小。计算得出PDN传感器对Cu2+和L-半胱氨酸的检测限分别为0.113 nM和84 nM。通过荧光、紫外-可见光、LC-MS、1H和13C NMR滴定等方法对传感器与Cu2+的相互作用进行了研究。该传感器在实际样品中成功用于Cu2+和Cys的顺序传感。有趣的是，PDN传感器还成功用于强酸和碱的检测以及固态中Cu2+离子的检测。此外，这些实验结果得到了DFT计算的支持。
Shabbir, A.; Shahzad, S. A.; Alzahrani, A. Y. A.; Khan, Z. A.; Yar, M.; Rauf, W. A Multimode Fluorescent Sensor for Sequential Detection of Cu2+ and Cysteine as Well as pH Sensor with Real Sample Applications: Extensive Experimental and DFT Studies. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 327, 125414. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125414.
2.5.2 SO2 and HSA
本研究成功开发了一种新型近红外荧光探针（AHN），它能够独立且同时检测二氧化硫（SO2）和人血清白蛋白（HSA），这一成果解决了现有探针只能单一检测SO2或HSA的限制。AHN通过亲核加成反应检测HSO3−/SO32−，并通过与HSA的疏水口袋结合来检测HSA。探针能够发出不同的荧光信号以区分SO2（λem = 488 nm）和HSA（λem = 720 nm），并且在HSO3−/SO32−对自由AHN探针（λem = 488 nm）和HSA结合的AHN（λem = 465 nm）的亲核攻击之间也能做出区分。AHN对SO2和HSA的检测限分别为124 nM和20.5 nM，在HSA存在的情况下对SO2的检测限为22.4 nM。药物竞争研究表明AHN特异性靶向HSA蛋白的位点I。此外，AHN还成功地在人工尿液中检测HSA，在真实样本如水、糖、无酒精葡萄酒和饼干中检测HSO3−。研究还发现，使用简单的棉球或滤纸即可检测HSO3−。
Kodiyawala, A.; Mondal, A.; Sahoo, S. K.; Dutta, S. A Dual Channel NIR-Fluorescence Probe for Simultaneous and Independent Sensing of SO2 and HSA. Journal of Luminescence 2025, 277, 120982. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2024.120982.
3 成像型荧光材料
3.1 检测物成像
3.1.1 超氧阴离子
本研究开发了一种新型近红外荧光探针（SHX-O），用于选择性成像细胞膜中超氧阴离子。SHX-O的设计通过将磺化双吲哚和二苯基膦酰识别基团同时掺入半菁基团中实现。探针本身由于半菁的羟基取代而显示出相当弱的荧光；然而，它与超氧阴离子的反应导致在790纳米处的近红外荧光大幅增强。此外，SHX-O不仅对超氧阴离子表现出高于其他活性氧物种的高选择性，而且具有特异性的细胞膜定位，这可能归因于探针的两亲性结构。使用该探针，已成功在活细胞中实现了黄嘌呤氧化酶和黄嘌呤存在下产生的细胞膜超氧阴离子的荧光成像。研究认为SHX-O可能作为一种潜在的工具，用于成像和研究细胞膜中超氧阴离子。
Ma, B.; Chai, Z.; Liu, Y.; He, Z.; Chen, X.; Qian, C.; Chen, Y.; Wang, W.; Meng, Z. New Near-Infrared Fluorescent Probe for Imaging Superoxide Anion of Cell Membrane. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 327, 125431. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125431.
3.2 细胞成像
3.2.1 癌细胞
本研究开发了一种新型近红外（NIR）荧光探针AX-DNBS，用于同时检测生物硫醇、粘度和pH值，通过多通道成像实现。该探针在生物硫醇作用下能够触发AX-OH的释放，导致710纳米处的荧光发射增强。AX-DNBS和AX-OH对粘度变化都有敏感响应，荧光发射分别在475纳米和640纳米。在pH值3-10的范围内，随着碱性增加，AX-OH的比率荧光信号发生显著的发射红移，从640纳米变化到710纳米。在随后的生物试验中，AX-DNBS被证明能有效监测活细胞内生物硫醇水平、粘度和pH值的变化，有助于肿瘤的诊断和评估肿瘤小鼠模型中紫杉醇的治疗效果。这些特性使得AX-DNBS成为研究与SO2相关的生理和病理过程的一个有前景的分子影像诊断工具。
Ma, H.; Luo, Z.; Ding, J.; Zhang, D.; Wang, F.; Yu, H.; Chen, W.; Ren, J.; Wang, E. Fluorescent Probe for Tumor Imaging and Prognostic Assessment via Multi-Response to Biothiols, Viscosity, and pH Values. Sensors and Actuators B: Chemical 2025, 424, 136926. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136926.
3.2.2 MPO成像
髓过氧化物酶（MPO）在人体中性粒细胞的免疫反应中扮演着重要角色，并与自身免疫疾病、心血管疾病和神经退行性疾病有关。现有的MPO活性检测方法依赖于HOCl的检测，这些方法要么需要复杂的实验程序，要么使用激活型探针，这些工具对于实时监测MPO在复杂分子过程中的动态和定位提供了有限的信息，例如NETosis。本研究报道了一种“点亮型”活性基探针，该探针仅在与MPO结合时发出荧光，具有最小的背景荧光，并且能被MPO抑制剂阻断。这一探针使得在无需洗涤的条件下，实时成像人类中性粒细胞和HL-60衍生的粒细胞在NETosis期间的直接MPO活性成为可能。此外，该探针还能够区分人类中性粒细胞中NETosis的不同触发因素。这些发现有望推进我们对MPO在免疫反应和炎症条件中作用的理解
Ramos Cáceres, E.; Kemperman, L.; Bonger, K. M. Environment-Sensitive Turn-on Fluorescent Probe Enables Live Cell Imaging of Myeloperoxidase Activity during NETosis. Commun Chem 2024, 7 (1), 262. https://doi.org/10.1038/s42004-024-01338-5.
3.3 微环境探针
3.3.1 粘度
本研究成功合成并表征了三种含有5-氟尿嘧啶衍生物配体的环金属化铱(III)配合物（Ir1-Ir3）。这些配合物在亚细胞水平上对疾病如癌症和神经退行性疾病的线粒体粘度变化具有高灵敏度，使其成为潜在的生物标志物。其中，Ir1通过增加HeLa细胞中线粒体活性氧（ROS）的产生，选择性地诱导细胞凋亡，触发导致线粒体功能障碍的一系列事件。此外，Ir1的荧光寿命对细胞内粘度变化表现出高灵敏度，使得能够通过实时荧光寿命成像显微镜（FLIM）技术在细胞凋亡过程中对细胞微粘度进行成像。这些发现强调了环金属化铱(III)配合物在亚细胞水平治疗和诊断应用中的潜力。
Chen, B.; Liang, Z.; Gong, Y.; Wu, W.; Huang, J.; Chen, J.; Wang, Y.; Mei, J.; Chen, R.; Huang, Z.; Sun, J. Mitochondrial Viscosity Probes: Iridium(III) Complexes Induce Apoptosis in HeLa Cells. ChemBioChem 2024, e202400756. https://doi.org/10.1002/cbic.202400756.
3.4 活体成像
3.4.1 肿瘤成像
本研究成功开发了一种新型基于香豆素的近红外荧光探针（CP-GSH），该探针对高浓度谷胱甘肽（GSH）和高粘度表现出双重响应性。特别地，在GSH和高粘度同时存在的情况下，CP-GSH在675纳米至725纳米范围内显示出强烈的荧光增强，而单独存在GSH或高粘度时，CP-GSH的荧光强度没有明显变化。更为重要的是，生物成像实验进一步验证了由内源性GSH触发的CP-GSH对脂滴（LDs）具有优异的靶向能力，这可以用于有效区分癌细胞和正常细胞。这项工作为设计用于肿瘤成像的双锁探针提出了一种有前途的策略
Qin, J.; Kong, F.; Zhang, D.; Yuan, X. H.; Bian, Y.; Shao, C. Dual-Locked NIR Fluorescent Probe for Detection of GSH and Lipid Droplets and Its Bioimaging Application in Cancer Model. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2025, 327, 125395. https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125395.
3.4.2 荧光手术导航
近红外二区（NIR-II）荧光成像技术因其可忽略的自发荧光和深穿透能力，在生物医学应用中引起了广泛关注。然而，发射波长超过1100纳米的NIR-II荧光团的荧光量子产率通常低于1%，限制了深层组织成像的质量。本研究设计并合成了一种新型NIR-II有机小分子CTB1125，其具有高效的分子内电荷转移（ICT）和高供体-受体-供体（D-A-D）强度结构，最大发射波长达到1125纳米。通过在共轭熔合环骨架上修饰支链烷基链，减少了分子间堆叠，提高了荧光量子产率。CTB1125被封装在两亲性共聚物PS2000-PEG2000中形成CTB1125-NPs，展现出高达4.84%的超高荧光量子产率、优异的光稳定性和高信噪比。这些特性使得CTB1125-NPs能够用于清晰、长时间的NIR-II血管成像，并且能够精确指导小鼠肿瘤的手术切除。这项工作为深层组织成像和成像引导手术提供了一种具有超高亮度的NIR-II荧光团，具有重要的临床应用潜力。
Zhang, X.; Li, L.; Ren, Y.; Li, M.; Tang, Y. Organic NIR‐II Nanofluorophore with Ultrahigh Quantum Yield for Vessels Imaging and Fluorescence Image‐Guided Surgery. Adv Funct Materials 2024, 2413341. https://doi.org/10.1002/adfm.202413341.
4 应用型荧光材料
4.1 刺激响应
4.1.1 力响应
本研究开发了一种基于四苯基乙烯衍生物的机械响应型荧光凝胶，该凝胶在拉伸应力下展现出增强的荧光特性。通过控制实验和分子建模计算，外部力导致的荧光增强归因于大分子链取向对四苯基乙烯内分子运动的限制。在时间依赖性实验中，由于动态共价键的交换，凝胶在固定应变下的应力松弛与荧光强度的降低同时发生，展示了这种荧光作为通过聚集诱导发光（AIE）型机械荧光体指示内部应力的潜力。这一发现为传感器、信息加密和防伪等领域的应用提供了新的可能性，尤其是在设计能在较低力下显示荧光变化的机械荧光材料方面取得了重要进展。
Xie, X.; Bai, W.; Wang, N.; Qiu, Z.; Song, X.; Gao, Y.; Li, B. Mechano‐Responsive Fluorescent Gel Based on Tetraphenylethylene‐Crosslinked Dynamic Covalent Network. Chemistry A European J 2024, e202403623. https://doi.org/10.1002/chem.202403623.
4.2 显示
4.2.1 OLED
本研究提出了一种将激发态分子内质子转移（ESIPT）和聚集诱导发光（AIE）特性结合到单个分子中的策略，以生成高性能的基于ESIPT的非掺杂有机发光二极管（OLED）。研究者精心设计并合成了两种ESIPT-AIE型绿色荧光分子TBzHPI和TBzHI，通过将传统的AIE基团三苯基乙烯（TPE）与特定的ESIPT核心结构2-（苯并[d]噻唑-2-基）-6-（1-苯基-1H-苯并[9,10-d]咪唑-2-基）苯酚（BzHPI）和2-（苯并[d]噻唑-2-基）-6-（1,4,5-三苯基-1H-咪唑-2-基）苯酚（BzHI）结合。通过理论计算和实验研究充分验证了ESIPT和AIE特性。TBzHPI和TBzHI均展现出大斯托克斯位移发射（135-146纳米）和固态中纯酮形式的强烈绿色发射，这是由于分子中ESIPT和AIE特性的共同效应。它们作为非掺杂发射体在OLED中的应用已经实现，所有设备均显示出强烈的酮形式发射和低启动电压2.8V。特别是，基于TBzHPI的设备展示了极高的亮度54,825 cd/m²、电流效率（CE）18.42 cd/A和外部量子效率（EQE）5.76%，效率仅略有下降。这一发现具有重要意义，因为它代表了迄今为止作为非掺杂发射体在荧光OLED中使用的ESIPT分子所报告的最高EQE。
Petdee, S.; Arunlimsawat, S.; Itsoponpan, T.; Rueantong, K.; Saenubol, A.; Janthakit, P.; Nalaoh, P.; Sudyoadsuk, T.; Promarak, V. Solid-State Fluorophores with Synergic Excited State Intramolecular Proton Transfer (ESIPT) and Aggregation-Induced Emission (AIE) Properties as Effective Non-Doped Emitters for Electroluminescent Devices. Optical Materials 2024, 157, 116413. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116413.
本研究成功合成了四种新的苯并噻嗪二氧化物衍生物，这些衍生物通过不同旋转能力的电子供体取代基进行功能化，对称地连接到中心核心。其中，基于三苯胺和苯并噻嗪的分子在可见光谱的蓝色部分展现出高效的荧光，与其适度的推拉特性相一致。而四苯乙烯官能化的化合物则显示出非常低的荧光量子产率，并通过分子内旋转实现对基态的超快非辐射失活。通过飞秒和纳秒时间分辨率的瞬态吸收实验，揭示了三苯胺和苯并噻嗪衍生物中有效的系统间交叉（ISC）。研究中还制备了这些荧光团的有机纳米聚集体，平均直径为50-150纳米，在水分散体中展现出蓝色热激活延迟荧光（TADF，用于三苯胺基染料）或聚集诱导发光（AIE，用于四苯基染料）。这些有机纳米颗粒成功地被内化到人类黑色素瘤和肺癌细胞中，通过荧光成像表现出核定位和一定的细胞毒性。特别值得注意的是，在采用三苯基膦作为主基质的三苯胺官能化分子的固态中，也观察到了TADF现象。这种新型蓝色TADF发射器在第三代和第四代OLED器件中的应用具有巨大的潜力。
Montanari, C.; Sheokand, M.; Cesaretti, A.; Calzoni, E.; Misra, R.; Carlotti, B. Ad-Hoc Functionalization of Phenothiazine Dioxide Derivatives to Achieve Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence in Organic Nanoaggregates. J. Phys. Chem. C 2024, 128 (46), 19688–19700. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c04344.
本研究提出了一种设计策略，通过在电子受体和给体之间引入富含电子的噻吩基团，用于开发高效的近红外（NIR）发光材料。研究中设计并制备了一种定制的D-π-A-π-D型发射体，即4,4′-(苯并[c][1], [2], [5]噻二唑-4,7-二基双(噻吩-5,2-二基))双(N,N-二苯基苯胺)（TPATBT）。通过光物理研究和密度泛函理论分析揭示了TPATBT是一种具有混合局域和电荷转移态的热激子发射体特征。此外，TPATBT展示了聚集诱导发光特性，具有高热稳定性，并在692纳米处展现出强烈的发射，其在纯净薄膜中的光致发光量子产率（ΦPL）达到了20%。基于TPATBT纯净薄膜的非掺杂器件呈现出最大外部量子效率（ηext,max）为1.22%，电致发光峰位于718纳米。此外，研究中首次尝试使用间层敏化来敏化非掺杂器件，实现了更好的ηext,max为1.34%，且开启电压低至3.2V。这项工作中提出的分子设计策略对于探索用于高性能OLEDs的稳健NIR发光材料具有重要意义。
Jiang, R.; Liu, Z.; Han, Y.; Long, J.; Guo, T.; Lan, X.; Yu, M.; Fan, T.; Ma, H.; Wei, Y.; Tang, B. Z.; Zhao, Z. Introducing Electron-Rich Thiophene Bridges in Hot Exciton Emitter for Efficient Non-Doped near-Infrared OLEDs with Low Turn-on Voltages. Chemical Engineering Journal 2024, 500, 157575. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157575.
5 诊疗型荧光材料
5.1 疾病治疗
5.1.1 光动力
本研究提出了一种扭曲平面分子策略，通过超声诱导J聚集来开发用于光疗的给体-受体（D-A）型J聚集体。研究中以丙烯基聚集诱导发光（AIE）基团作为扭曲的子单元，噻吩作为平面π桥，通过MTSIC中的最佳扭曲平面π相互作用诱导适当的滑移角和J聚集体的形成，将吸收红移从624纳米调整到790纳米。相比之下，较短的π平面性导致无定形聚集体的形成，而延长则促进了电荷转移（CT）耦合的J聚集体。超声处理被证明可以有效控制MTSIC的自组装行为，使其从无定形聚集体转变为H中间体，最终形成稳定的J聚集体。在用脂质-PEG包封后，所得的J点显示出比无定形点更强的光疗效果，包括亮度、活性氧（ROS）生成和光热转换，提供了卓越的癌症光疗性能。这项工作不仅推进了D-A型J聚集体的设计，还为超分子组装发展提供了一种有前景的策略。
Liu, Y.; Song, Y.; Zhu, Z.; Ji, C.; Li, J.; Jia, H.; Shi, Y.; Hu, F.; Zhao, Z.; Ding, D.; Tang, B. Z.; Feng, G. Twisted‐Planar Molecular Engineering with Sonication‐Induced J‐Aggregation To Design Near‐Infrared J‐Aggregates for Enhanced Phototherapy. Angewandte Chemie 2024, e202419428. https://doi.org/10.1002/ange.202419428.
5.1.2 光诊疗
本研究提出了一种通过侧链苯基异构化诱导的空间共轭来构建A-D-A型近红外二区（NIR-II）光疗诊断剂（PTAs）的策略，这一策略能够同时增强荧光亮度和光热性能。研究中设计并合成了三对相互异构的荧光团，它们的苯基分别位于侧链的外部（o系列）和内部（i系列）。苯基的位置异构化赋予了o系列晶体强大的空间共轭，使得侧链上的苯基与主链之间以及相互锁定的平面网络之间产生了强烈的相互作用，这与i系列观察到的情况不同。因此，所有o系列纳米颗粒（NPs）表现出红移的吸收、增强的NIR-II发射和优于其i系列对应物的光热性能。o系列中的一个突出成员，o-ITNP NPs，在促进NIR-II血管造影、肿瘤定位和NIR-II成像引导的肿瘤光热疗法中显示出了效果。这一侧链苯基异构化策略的成功为精确控制聚集行为和进一步开发高效的NIR-II PTAs铺平了道路。
Li, C.; Yao, M.; Jiang, G.; Feng, L.; Wu, Y.; Sha, R.; Li, Y.; Tang, B. Z.; Wang, J. Side Chain Phenyl Isomerization‐Induced Spatial Conjugation for Achieving Efficient Near‐Infrared II Phototheranostic Agents. Angewandte Chemie 2024, e202419785. https://doi.org/10.1002/ange.202419785.
5.2 疾病诊断
5.2.1 癌症
本研究设计并合成了一系列针对整合素αvβ3的BODIPY-RGD共轭物，旨在提高荧光成像的效率。这些小分子化合物被设计为光学成像的近红外荧光染料，通过琥珀酸基团将RGD肽与间位酰胺BODIPYs连接起来。这种结构设计改善了传统BODIPYs的一些缺点，包括水溶性差、聚集引起的猝灭（ACQ）效应、生物相容性低等。在细胞研究中，BDP-RGD-2显示出在高表达整合素αvβ3的细胞系MDA-MB-231、A549、U87MG中的快速、选择性摄取，而在整合素αvβ3低表达的细胞MCF-7中摄取较少。在动物研究中，通过BDP-RGD-2靶向的U87MG模型的荧光成像显示出肿瘤摄取水平最高，T/N比值在尾静脉注射后6小时内达到最高，表明BDP-RGD-2是一个有前景的探针，用于追踪整合素αvβ3过表达的肿瘤。
Rong, B.; Dong, X.; Zhao, W. Synthesis and Evaluation of a Novel BODIPY Fluorescent Probe Targeting Integrin Αvβ3 for Cancer Diagnosis. European Journal of Medicinal Chemistry 2025, 282, 117056. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2024.117056.
5.2.2 肝癌
肝癌严重威胁人类健康。研究发现，酯酶在肝癌细胞中表达过高，因此可以作为肝癌的生物标志物之一。以往的文献研究表明，荧光探针检测组的结构对探针本身和酶检测有显著影响。在本研究中，设计并合成了三种“关闭-点亮型”酯酶激活荧光探针（RHO-1、RHO-2和RHO-3），这些探针的检测组碳链长度不同。通过密度泛函理论（DFT）计算和Michaelis-Menten方程研究了这些探针对酯酶的光学特性和亲和力。与RHO-1和RHO-2相比，RHO-3显示出更优越的光学特性和与酯酶的亲和力。随后，RHO-3被进一步用于体外和体内酯酶活性的检测。RHO-3是首个应用于肝癌图像引导诊断和手术切除的酯酶激活荧光探针，预期其在临床应用中作为一种有前景的分子影像诊断工具。
Su, Y.; Xu, Z.; Wang, J.; Qian, J.; Liu, C.; Shi, J.; Liu, W.; An, X.; Qin, W.; Liu, Y. Design and Synthesis of Esterase-Activated Fluorescent Probe for Diagnosis and Surgical Guidance of Liver Cancer. Talanta 2025, 283, 127210. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.127210.
6 其他技术
6.1 图像处理技术
6.1.1 FISH
荧光原位杂交（FISH）技术是一种用于大分子识别的技术，它利用DNA或DNA/RNA双链的互补性。通过使用带有荧光标记的核苷酸标记的选定DNA链作为探针，这些探针与被检查的细胞和组织中的互补序列杂交，然后通过荧光显微镜或成像系统进行可视化。然而，FISH图像中细胞数量庞大和核酸序列无序排列带来了显著挑战。手动处理和分析这些图像不仅耗时，而且由于视觉疲劳，容易出错。为了克服这些挑战，研究提出了将医学成像与深度学习相结合的方法，开发了一种自动化的FISH图像检测系统。该系统包含一个算法，能够快速检测荧光斑点并捕获它们的坐标，这对于评估癌症诊断中的细胞特征至关重要。传统模型在处理荧光点的小尺寸、低分辨率和噪声方面表现不佳，导致性能显著下降。本文详细检查了这些问题，并提供了为什么传统模型会失败的见解。通过YOLO系列模型与传统方法的比较测试，证实了所提出方法在识别FISH图像中的荧光点方面的准确性更高
Jian, Z.; Song, T.; Zhang, Z.; Ai, Z.; Zhao, H.; Tang, M.; Liu, K. Deep Learning Method for Detecting Fluorescence Spots in Cancer Diagnostics via Fluorescence in Situ Hybridization. Sci Rep 2024, 14 (1), 27231. https://doi.org/10.1038/s41598-024-78571-4.