一种可降解的近红外比率计探针，用于从细胞成像到智能平台对HClO（次氯酸）的监测

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A degradable NIR Ratiometric probe for HClO monitoring from cellular imaging to smart platforms

实时监测氯胺（HClO）存在技术难题，因其高反应性、易分解和强氧化性。本研究设计了一种近红外（NIR）比色荧光探针PICH，通过引入烯双键实现π共轭扩展，在HClO作用下发生快速降解（<7秒），导致荧光从近红外区蓝移，实现低至44.2 nM检测限，并具备抗其他ROS干扰的高选择性。该探针成功应用于活细胞成像和环境样本检测，结合智能手机平台可现场定量分析HClO。

　　近年来，随着对氧化应激和相关疾病机制研究的深入，过氧化氢（HClO）作为一种重要的活性氧物种（ROS），其在生物体内和环境中的动态变化引起了广泛关注。HClO具有高度的反应活性、易分解性以及强大的氧化能力，这些特性使得其在生物系统中既具有保护作用，又可能引发病理损伤。例如，HClO在免疫防御中能够有效杀灭病原体，但在过量情况下，却可能造成细胞损伤、组织炎症以及多种慢性疾病的发生。因此，开发一种能够快速、准确、高选择性地检测HClO的工具，对于理解其在生理和病理过程中的作用具有重要意义。

目前，HClO的检测面临诸多挑战。一方面，由于其分子结构不稳定，HClO容易在短时间内发生分解，使得传统的检测方法难以捕捉其瞬时变化。另一方面，HClO与其他ROS（如过氧化氢、超氧化物等）存在复杂的相互作用，这在实际检测中容易造成干扰，降低检测的特异性。此外，许多现有的检测技术依赖于复杂的实验设备和昂贵的仪器，这在实际应用中，尤其是在现场检测或资源有限的环境中，存在一定的局限性。因此，开发一种兼具高选择性、快速响应、非侵入性和便携性的检测方法，成为当前研究的热点。

针对上述问题，研究团队设计并合成了一种新型的近红外（NIR）比率荧光探针PICH。该探针基于一种具有共轭结构的香豆素衍生物，能够实现对HClO的特异性、快速且仪器无关的检测。PICH的核心结构是通过在分子中引入双键作为连接单元，从而扩展其π共轭体系，使荧光发射波长向近红外区域移动。这一设计不仅提升了探针的灵敏度，还赋予其独特的比率荧光响应特性，使得在检测过程中能够通过比较不同波长下的荧光强度变化，实现对HClO浓度的准确判断。

在PICH的设计中，双键的引入具有双重作用。一方面，它作为HClO的特异性识别位点，能够与HClO发生特异性反应；另一方面，它也作为探针的自降解触发机制，使得PICH在与HClO反应后发生结构破坏，从而改变其原有的共轭体系。这种结构变化导致探针的吸收和发射光谱发生明显的蓝移，使荧光信号从近红外区域转移到可见光区域，从而实现对HClO的即时检测。PICH的这种设计使得其检测时间可以缩短至7秒以内，且检测限低至44.2纳摩尔，这在当前的HClO检测方法中具有显著优势。

此外，PICH的检测方式具有良好的选择性，能够有效区分HClO与其他常见的ROS。在实验中，PICH在多种竞争性ROS存在的情况下仍能保持较高的检测特异性，这表明其结构设计能够有效减少干扰因素的影响。这种选择性对于在复杂的生物和环境样本中检测HClO尤为重要，因为这些样本中往往同时存在多种ROS，而HClO的浓度通常较低，且变化迅速。因此，PICH的高选择性和快速响应能力使其能够在这些复杂环境中实现对HClO动态变化的精准追踪。

在实际应用中，PICH不仅能够用于活细胞内的HClO检测，还能够与智能手机平台相结合，实现对环境样本中HClO浓度的快速、定量分析。这一结合方式使得PICH具备了便携性和智能化的特点，极大地拓展了其应用范围。通过在智能手机应用程序中设置校准阈值，用户可以轻松获取HClO的检测结果，而无需依赖复杂的实验室设备。这种技术的出现，为HClO的现场检测提供了新的可能性，同时也为环境监测、临床诊断以及生物医学研究提供了强有力的工具。

在实验过程中，PICH的合成采用了简单的Knoevenagel缩合反应，使得其制备过程更加高效和经济。合成后的PICH在结构上具备良好的稳定性和生物相容性，使其能够在细胞环境中安全使用。通过荧光显微镜观察，PICH能够清晰地显示出HClO的浓度变化，特别是在活细胞中，其能够捕捉到HClO的瞬时波动，这对于研究HClO在细胞内的动态行为具有重要意义。此外，PICH在紫外光照射下能够呈现出明显的荧光颜色变化，这一特性为开发可视化检测方法提供了基础。

综上所述，PICH作为一种新型的近红外比率荧光探针，其独特的设计和性能使其在HClO的检测领域中具有显著优势。它不仅具备高选择性和高灵敏度，还能够实现快速响应和便携式检测，为HClO的实时监测提供了强有力的技术支持。未来，随着对HClO在生物体内和环境中的作用机制研究的深入，PICH及其类似探针有望在更多领域得到应用，包括临床诊断、环境监测以及生物医学研究等。这一研究的成果不仅推动了HClO检测技术的发展，也为相关领域的研究提供了新的思路和方法。