综述：19F NMR探针：用于多种分析物识别与鉴别的通用工具

本综述系统阐述了19F NMR（核磁共振）探针作为一种强大、非侵入性且高灵敏度的分析技术，其在生理、环境及工业背景下识别与鉴别多种分析物方面的前沿进展。文章重点探讨了基于19F NMR的传感系统设计策略、识别机制与转导途径，为分子识别、实时监测及跨学科应用提供了创新视角和解决方案。

　　

¹⁹F NMR（核磁共振）技术凭借其高灵敏度、无背景干扰及宽化学位移范围等独特优势，已成为识别和鉴别多种分析物的强大工具。本综述系统阐述了¹⁹F NMR探针的设计策略、识别机制及其在生命科学、环境监测和工业应用中的前沿进展。

¹⁹F NMR光谱：传感应用中的通用技术

¹⁹F核具有100%天然丰度、高灵敏度（约为¹H的83%）及超过400 ppm的宽化学位移范围，使其成为理想的分析平台。与¹³C、¹⁵N等核相比，¹⁹F NMR能更清晰地区分结构相似的化合物。其最小背景干扰特性（因天然有机物中氟含量极低）进一步提升了复杂体系中分析物检测的准确性。目前，¹⁹F NMR探针主要基于三种机制：化学传感器（共价耦合的受体-信号系统）、化学剂量计（不可逆共价反应）和置换型传感系统（通过弛豫时间变化调制信号）。

识别与鉴别多种分析物

¹⁹F NMR探针用于二醇类分子检测

二醇类分子（如糖类）在代谢和细胞功能中至关重要。硼酸类受体因其与二醇的可逆共价结合能力被广泛用于传感设计。例如，Gabel等人首次使用¹⁹F NMR技术研究了探针与生物二醇的相互作用，观察到显著的化学位移变化（Δδ_F达?7.62 ppm）。James等人则利用手性硼酸探针实现了糖类对映体过量（ee）的精确测定。后续研究通过水溶性吡啶鎓盐探针（如探针9-11）在100%水相中成功鉴别了多种糖类，并展示了其在合成尿液样本中葡萄糖检测的实际应用。

¹⁹F NMR探针用于氨基酸检测

半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH）等含硫氨基酸是多种疾病的关键生物标志物。Que等人开发的氟标记大环铜探针（20a-b）通过Cu(II)还原反应实现了对Cys的“开启”式¹⁹F NMR/MRI响应。Zhao等人通过铝/镓探针（21a-b）优化了中心金属属性，增强了与氮分析物的选择性。此外，基于磺酸醚裂解（探针22）和希夫碱形成（探针23-24）的探针实现了多种氨基酸的高灵敏度鉴别，甚至在人体尿液中同时检测到12种氨基酸。

¹⁹F NMR探针用于金属离子检测

金属离子（如Ca²⁺、Zn²⁺、Na⁺）在酶激活和细胞信号转导中扮演核心角色。Smith等人开发的BAPTA（1,2-双(2-氨基苯氧基)乙烷-N,N,N′,N′-四乙酸）基氟标记探针（28）实现了对Ca²⁺的高特异性检测。Plenio等人通过氟标记大环受体（如探针32）研究了金属-氟直接相互作用，发现Ba²⁺可引起最大化学位移变化。Que等人设计的铥(III)复合物（40）则首次实现了对Zn²⁺的水相“关闭-开启”响应。

¹⁹F NMR探针用于活性氧/硫物种检测

活性氧物种（ROS）如过氧化氢（H₂O₂）和次氯酸（HOCl）是氧化应激的重要标志物。Sando等人使用2-氟苯硼酸（41）通过¹⁹F NMR实现了H₂O₂的酶促反应成像。Que团队开发的钴(II)复合物（42-43）和铜(II)探针（44）分别实现了对H₂O₂和缺氧的双模式检测。近期，Schiller课题组报道的硼酸探针（47）可选择性定量H₂O₂，甚至在药品和化妆品样本中成功应用。此外，Cui等人开发的探针（49）实现了活细胞内二氧化硫（SO₂）的实时定量。

¹⁹F NMR探针用于酶检测

酶（如β-半乳糖苷酶）的检测对疾病诊断至关重要。Mason等人设计的氟化底物（62）通过醚键裂解产生显著化学位移变化（?55至?61 ppm），实现了β-半乳糖苷酶活性的实时监测。Smith团队开发的锌(II)-二吡啶胺（Zn-DPA）探针（64）通过磷酸根结合诱导¹⁹F信号高场位移，成功区分了ATP、ADP和无机磷酸盐（Pi），并实时监测了酶促水解过程。Stockman等人使用2-氟-ATP（65）作为探针，实现了对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸合成酶（NadE）等ATP依赖酶的活性检测。

结论与展望

¹⁹F NMR探针技术通过其高灵敏度、特异性和实时分析能力，为复杂体系中的分析物检测提供了强大平台。未来发展方向包括开发多模式探针、优化体内应用兼容性以及整合人工智能数据分析，进一步推动其在精准医学和环境监测领域的应用。