设计一种具有对称D-π-A-π-D结构的荧光探针，用于区分人血清白蛋白（HSA）和牛血清白蛋白（BSA）

《Bioorganic Chemistry》：Engineering a fluorescent probe with symmetric D-π-A-π-D configuration for fluorescence discrimination of HSA from BSA

HSA检测新探针APA实现高选择性定量与便携检测

　　人类血清白蛋白（HSA）是血液中最丰富的蛋白质之一，其浓度维持在生理范围内（35–50 g/L）对于保持正常的血浆渗透压至关重要。HSA的异常浓度不仅与多种病理状态相关，还可能引发一系列健康问题，如高浓度导致的高粘滞综合征，以及心血管疾病、代谢紊乱和肾脏病变等。相反，低浓度的HSA则与肝胆功能障碍密切相关，表现为肝功能不全、肝硬化和慢性肝炎等病理变化。此外，HSA因其强大的配体结合能力，能够作为多种内源性和外源性物质的运输载体，对药物疗效、细胞代谢和疾病诊断均产生重要影响。因此，HSA的准确定量在疾病预诊断研究和临床应用中具有关键意义。

为了实现HSA的高灵敏度和高特异性检测，研究者们开发了多种荧光探针。其中，基于D-π-A结构的探针因其能够通过分子内电荷转移（ICT）机制在特定环境中表现出显著的荧光增强特性而受到广泛关注。这类探针通常由一个电子供体（D）、一个电子受体（A）以及两者之间的共轭π系统组成，能够与HSA的疏水腔发生特异性结合，从而引发荧光信号的变化。然而，由于HSA与牛血清白蛋白（BSA）在结构上具有高度相似性，这种相似性使得现有探针在区分HSA和BSA时面临较大的挑战。BSA因其成本低廉和易获取的特点，在许多生化和药理实验中被广泛用作HSA的替代品。然而，在临床治疗中，BSA无法完全替代HSA的功能，特别是在需要恢复血容量或维持体液平衡的手术患者中。因此，如何在复杂生物环境中实现对HSA的高选择性检测，成为当前研究的重要方向。

此外，传统的HSA检测方法往往依赖于昂贵的仪器设备，难以满足现场快速检测的需求。随着便携式设备和智能手机技术的不断发展，利用这些设备进行现场检测（point-of-care testing, POCT）已成为一种趋势。智能手机因其高灵敏度、便携性和易操作性，能够提供实时、可视化和高精度的检测结果，为临床诊断和现场监测提供了新的可能性。因此，开发一种具有低背景荧光、高特异性、适合便携式设备使用的HSA荧光探针，对于提升疾病诊断的效率和可及性具有重要意义。

在此背景下，研究人员设计并合成了一种新型的对称D-π-A-π-D结构的荧光探针（命名为APA），以实现对HSA的高选择性检测。该探针在结构上不同于传统的D-π-A探针，其对称性设计有助于提高荧光信号的稳定性和特异性。此外，APA探针在水溶液中表现出较低的背景荧光，这在实际应用中具有显著优势，因为它可以有效减少非特异性信号的干扰，提高检测的信噪比。在与HSA结合时，APA探针能够产生高达100倍的荧光增强效应，而在与BSA结合时仅产生约5倍的增强，这表明APA探针在HSA和BSA之间具有显著的区分能力。通过计算选择性指数，APA探针在HSA与BSA的检测中表现出约20倍的选择性，远高于大多数已报道的HSA探针。

为了进一步验证APA探针的性能，研究者们采用多种光谱学方法、热力学分析和分子对接技术对其与HSA的相互作用进行了系统研究。实验结果表明，APA探针能够以1:1的摩尔比例特异性地结合到HSA的Site III区域，这一区域是HSA中常见的结合位点，与多种药物和代谢物的相互作用密切相关。通过这种特异性结合，APA探针不仅能够实现对HSA的定量检测，还能用于评估样品的纯度，为后续的临床应用提供了可靠的基础。

APA探针的优异性能使其在多个领域展现出广泛的应用前景。首先，它可以用于血清中HSA的定量分析，为临床医生提供准确的诊断依据。其次，APA探针能够用于评估样品的纯度，帮助研究人员在实验过程中排除干扰因素，提高实验结果的可靠性。最后，APA探针的低背景荧光特性使其适合与便携式检测设备结合，开发出一套完整的POCT系统。这种系统可以在现场快速、准确地检测HSA，从而提升疾病诊断的效率和可及性。

在实验过程中，研究者们还对比了传统的一维D-π-A结构探针AP与APA探针的性能差异。AP探针仅包含一个电子供体基团，而APA探针则在结构上进行了优化，使其具有更高的荧光响应和更优的选择性。实验结果表明，APA探针在水溶液中表现出更低的背景荧光，这使其在实际应用中更加稳定和可靠。同时，APA探针对HSA的响应更为显著，能够提供更高的检测灵敏度和准确性。这种结构上的改进不仅提高了探针的性能，还为设计下一代更高效的HSA荧光探针提供了新的思路和方法。

此外，APA探针的合成过程相对简便，其纯化步骤可以通过过滤和重结晶实现，且产率较高，这为大规模生产和实际应用提供了可行性。研究者们在合成过程中采用了合适的溶剂和反应条件，确保了探针的高效合成和纯化。同时，通过分子结构分析，确认了APA探针的对称性设计和D-π-A-π-D结构的合理性，这为其优异的光物理性能奠定了基础。

在实际应用中，APA探针不仅可以用于实验室研究，还可以结合便携式检测设备，实现现场快速检测。这种便携性对于资源有限的地区和基层医疗机构尤为重要，因为它可以显著降低检测成本，提高检测效率，并减少对专业实验室的依赖。同时，APA探针的可视化特性使其能够通过智能手机等设备进行实时监测，为临床医生提供直观、准确的检测结果，从而加快诊断过程。

总之，APA探针的设计和合成为HSA的高选择性检测提供了一种新的解决方案。其低背景荧光、高选择性和良好的光物理性能，使其在复杂生物环境中具有显著的优势。通过与便携式设备的结合，APA探针有望成为POCT系统的重要组成部分，为疾病的早期诊断和现场监测提供强有力的支持。未来的研究可以进一步探索APA探针在不同生物样本中的适用性，并优化其检测流程，以提高检测的便捷性和准确性。同时，还可以考虑开发基于APA探针的多功能检测平台，以满足更广泛的应用需求。