《Dyes and Pigments》：A novel phenyl quinazoline-coumarin based fluorescent probe for micro-viscosity detection and its potential applications
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本研究成功合成了COU-1和COU-2两种基于香豆素-苯并喹唑啉荧光探针，通过twisted intramolecular charge transfer (TICT)机制实现粘度检测，并验证了其生物相容性及在果汁新鲜度监测中的应用。
普拉文库马尔·塞尔瓦姆（Pravinkumar Selvam）| 阿肖克·库马尔（S.K. Ashok Kumar）
印度泰米尔纳德邦韦洛尔（Vellore）韦洛尔理工学院（Vellore Institute of Technology）高级科学学院（School of Advanced Sciences）化学系，邮编632014
摘要
粘度是一种关键的分子属性，它调控着扩散过程，并对生物功能至关重要。其检测在诊断、疾病检测以及食品新鲜度鉴定中具有重要意义。在本研究中，开发了一种基于荧光分子转子的粘度特异性荧光探针，这些荧光分子转子由香豆素荧光团与苯基喹唑啉（phenyl quinazoline）连接而成，生成了如7-(二乙氨基)-3-(4-苯基喹唑啉-2-基)-2H-色烯-2-酮（COU-1）和7-(二乙氨基)-3-(6-硝基-4-苯基喹唑啉-2-基)-2H-色烯-2-酮（COU-2)等新型探针。通过FTIR、NMR和HRMS技术对探针的结构进行了分析。这些探针能够在二乙氨基香豆素和苯基喹唑啉环系统周围自由旋转，从而促进分子内的扭曲电荷转移（TICT）。溶剂依赖性的吸收和发射特性表明了探针具有明显的溶致变色现象。COU-1和COU-2的F?rster–Hoffman系数分别为0.1584和0.09626。此外，基于时依赖密度泛函理论（time-dependent density functional theory）的计算解释了观察到的光物理现象。通过MTT实验以及SBG细胞和秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）模型中的体内成像研究验证了这些探针的毒性。本研究利用这两种探针来评估两种不同类型果汁的粘度，以监测其随时间的新鲜度变化。
引言
荧光探针是一类有前景的小分子，它们在受到激发时会发光，并被设计用于高灵敏度和选择性地检测特定的生物或化学环境[1]。它们已成为细胞生物学、环境分析、药物发现和疾病诊断中的强大工具，因为它们能够实现无创、实时的检测和可视化。现代荧光探针的结构可以经过调整，以优化其激发/发射特性、选择性和亚细胞定位能力。随着新型探针的设计不断涌现，它们的应用范围也在不断扩大[2]。由于其高灵敏度、选择性和多功能性，荧光探针在生物成像、医学诊断、环境监测、药物发现和材料研究等领域得到了广泛应用[3][4]。
对粘度敏感的荧光探针，尤其是分子转子，已成为在复杂环境中测量微粘度的有力工具[5]。它们通过将分子内的受限运动转化为增强的荧光信号，实现了在化学、生物和材料系统中的灵敏且无创的检测[6]。荧光探针在生物成像中不可或缺，能够以极高的灵敏度和空间分辨率实时显示生物结构和过程[7]。它们独特的光物理特性使得能够选择性地检测活体内的生物分子、离子和微环境变化。利用荧光探针进行生物成像有助于在分子水平上研究细胞形态、信号通路和疾病进展[8][9]。此外，探针设计的进步提高了其光稳定性、生物相容性和靶向特异性，使其成为现代生物医学研究中的重要工具[10][11]。这些特性使得荧光探针在诊断、治疗监测和药物发现应用中具有极高的价值[12][13][14]。
分子内的扭曲电荷转移（TICT）机制是决定有机荧光团荧光特性的基本光物理过程。在光激发下，供体-π-受体（D-π-A）分子通常会在连接供体和受体部分的单键周围发生构象扭曲，从而形成非平面的TICT状态[15]。这种扭曲的几何结构促进了分子内的电荷分离，通常导致发射光谱红移和较低的荧光量子产率。由于TICT过程受到溶剂极性、粘度和氢键等环境因素的强烈影响，这些探针非常适合用于传感应用[16]。在极性溶剂中，TICT状态更加稳定，有利于电荷转移和荧光淬灭；而在粘性介质中，旋转限制会抑制TICT的形成并增强发射。这种双重响应性是设计粘度和极性敏感荧光探针的基础。通过合理调节供体和受体的强度以及空间位阻，可以精确控制TICT过程，从而实现定制的光物理特性，适用于生物成像和传感[17][18]。
最近的研究强调了将7-(二乙氨基)-2H-色烯-2-酮供体核心与各种受体单元（包括喹啉鎓[19][20]、吲哚鎓阳离子[21][22]、苯并噻唑[23][24]和 ninhydrin[25]）结合，以有效实现TICT效应，从而推进荧光分子转子的开发。此外，文献中也记录了喹唑啉单元作为一种重要的受体单元[26][27]。我们的研究小组研究了三苯胺和二乙氨基苯供体与苯基喹唑啉融合的荧光衍生物在酸碱切换和潜在指纹识别中的应用[28][29]。在这项工作中，设计了两种由香豆素供体单元与六个取代苯基喹唑啉受体连接的荧光探针COU-1和COU-2，并通过微波法合成了它们，并对其光物理特性和粘度传感能力进行了研究，同时探讨了它们在体外和体内成像中的潜在应用。
探针合成
合成过程始于使用取代的2-氨基苯甲酮、7-(二乙氨基)-2-氧代-2H-色烯-3-醛、醋酸铵和催化量的碘进行的微波辅助反应。反应混合物在200瓦（200 W）微波条件下照射60分钟后，通过薄层色谱法（thin-layer chromatography）监测到最大转化率[28][29]。反应产物用甲醇:氯仿（7:3）混合物重新结晶。COU-1和COU-2的化学结构得到了确认
结论
总之，通过微波辅助方法成功合成了两种荧光探针COU-1和COU-2，并利用FTIR、NMR和HRMS技术对其进行了全面表征。这两种探针均表现出强烈的可见光吸收和发射特性，并伴有明显的溶致变色现象。聚集研究表明COU-1和COU-2具有聚集行为（ACQ），而荧光测量结果显示其发射强度与粘度之间存在良好的线性相关性
CRediT作者贡献声明
普拉文库马尔·塞尔瓦姆（Pravinkumar Selvam）：负责撰写初稿、方法学部分和正式分析。阿肖克·库马尔（Ashok Kumar）：负责撰写、审稿与编辑、可视化处理以及实验指导
声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
利益冲突声明
作者之间不存在与本文发表内容相关的利益冲突。
致谢
作者感谢丁亚杨教授（Prof. Ding Yah Yang）和坦海大学（Tunghai University）化学系的基兰·B·曼贾帕博士（Dr. Kiran B. Manjappa）提供的宝贵建议；感谢梅尔维沙兰（Melvisharam）阿卜杜勒·哈基姆学院（Abdul Hakeem College）动物学系的阿卜杜勒·马吉德博士（Dr. Abdul Majeed）在体外细胞系研究方面的支持；感谢科伊姆巴托尔（Coimbatore）巴拉蒂亚尔大学（Bharathiar University）动物学系的戈文丹·蒂鲁帕蒂博士（Dr. Govindhan Thiruppathi）和帕拉尼萨米·桑达拉拉杰博士（Dr. Palanisamy Sundararaj）在体内研究方面的帮助；同时感谢穆拉纳（Mullana）MM(DU)大学化学系的塞尔瓦·库马尔·拉马萨米博士（Dr. Selva Kumar Ramasamy）在密度泛函理论（DFT）研究方面的支持。
