综述：基于扭曲分子内电荷转移（TICT）的荧光探针和成像剂

《Chemical Society Reviews》：Twisted intramolecular charge transfer (TICT) based fluorescent probes and imaging agents

该综述系统阐述了基于TICT机制的荧光探针的设计原理、检测机制及其在离子检测、生物成像和环境监测中的应用，突出了其高灵敏度和选择性优势，并展望了多模态探头的未来发展方向。TICT-based fluorescent probes|化学传感|环境监测|生物成像|离子检测|阴离子检测|粘度响应|比率检测|生物相容性

　　近年来，基于扭曲分子内电荷转移（TICT）机制的荧光探针在化学传感领域取得了显著进展。这些探针具有高灵敏度和特异性，能够通过与目标分析物的相互作用引发结构变化，从而产生可测量的荧光响应。它们的发射特性依赖于周围环境，因此非常适合用于检测溶剂极性、微粘度和特定化学物种的变化。TICT探针的应用范围已经扩展到有机光电子学和非线性光学等领域。本文讨论了TICT探针的设计原理、机制及其在检测阳离子、阴离子和中性分子中的应用，强调了其在环境监测、生物医学研究和临床诊断中的潜在价值。

TICT机制的核心在于分子在激发态下的结构变化。例如，Lippert等人发现4-(二甲氨基)苯腈（DMABN）具有双荧光发射特性，包括一个较长波长的A带和一个较短波长的B带。这种双荧光现象可以通过不同极性溶剂进行调节。在非极性溶剂中，DMABN仅发出B带荧光，而在极性溶剂中，A带出现并发生红移，同时A带与B带的荧光强度比增加。这种结构变化使得TICT探针能够对环境变化做出响应，从而实现对目标分子的检测。

Grabowski等人随后研究了DMABN，并提出了TICT的机制。在激发状态下，DMABN从基态（GS）进入局部激发态（LE）。在非极性溶剂中，分子倾向于保持共平面结构，仅观察到B带荧光。然而，在极性溶剂中，由于共平面结构的不稳定性，二甲氨基基团会发生扭曲，使得苯腈与二甲氨基之间的二面角从平面变为垂直。这种结构变化促进了分子内电荷转移（ICT）过程，同时电子从二甲氨基基团转移到苯腈基团。TICT状态下的荧光发射通常具有较大的斯托克斯位移，这使得TICT探针能够用于近红外荧光检测，这对于体内检测具有重要意义。此外，TICT探针对溶剂极性的敏感性也使其在光热治疗（PTT）中具有应用潜力。

TICT探针的设计通常基于两种策略：荧光开启或关闭。开启探针在激发状态下会发生分子内扭曲，从而开启TICT过程，导致荧光信号的增强。而在存在特定分析物时，分子旋转器会被阻断或移除，从而抑制TICT过程，使荧光信号显著增强。相反，关闭探针则采用相反的设计策略，其分子旋转器在初始状态下受到限制，当探针与目标分析物相互作用时，旋转器被释放，TICT过程被恢复，从而导致荧光信号的变化。这种设计不仅能够实现对特定分子的检测，还能够通过非辐射衰变实现光热治疗。

TICT探针在检测阳离子如H?、Cu2?、Fe2?、Fe3?、Hg2?、Zn2?和Mg2?方面具有广泛应用。例如，Yu等人开发了一种基于4-苯氧基-1,8-萘二甲酰亚胺骨架的TICT探针（Napa-pp），通过引入1-哌啶基团和（2-二甲氨基）乙基侧链，提高了探针的水溶性。该探针在酸性环境中发生质子化，抑制了TICT过程，从而开启荧光，用于活细胞中溶酶体的可视化。Doria等人则开发了一种基于水溶性萘二酰亚胺的pH依赖性红荧光探针（NDI-5），在酸性条件下通过中断TICT过程开启强红光发射，用于监测Vacuolar type H?-ATPases（V-ATPases）的抑制情况。Zhu等人设计了一种基于香豆素的宽范围pH响应荧光探针（L6），其荧光响应范围覆盖pH 4.5至8.5，能够在酸性条件下产生强烈的蓝光发射，而在碱性条件下则因去质子化而促进TICT过程，导致荧光淬灭。

TICT探针在检测阴离子如AcO?、CN?、HClO、HSO??和VDPs方面也表现出色。例如，Lin等人开发了一种基于萘和喹啉荧光团的可逆荧光探针（LX），其荧光响应与AcO?的pH变化密切相关。Chen等人设计了一种基于9-蒽基荧光团和二氰乙烯基基团的TICT探针（C1–C3），其在加入CN?后能够通过共轭加成形成加合物，从而中断TICT过程，开启强荧光发射。Balamurugan等人开发了一种基于咪唑并蒽醌的比率型TICT探针（S1），其在加入HClO后能够通过氧化还原反应形成加合物，从而开启荧光信号。此外，Shao等人设计了一种基于香豆素的TICT探针（L6），其荧光响应对HClO具有高灵敏度和选择性。

TICT探针还被广泛应用于中性分子的检测，如羟基自由基（·OH）、半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）、甲醛（HCHO）、水合肼（NH?NH?）等。例如，Chen等人开发了一种基于香豆素的TICT探针（RhoNox-1），其在Fe2?作用下发生还原脱氧反应，从而开启荧光信号。Wei等人设计了一种基于喹啉的TICT探针（NQ），其在Cys和Hcy存在下能够通过氢键相互作用开启荧光信号。此外，Zhang等人开发了一种基于香豆素的TICT探针（L-1），其在Hg2?存在下能够通过改变分子构型开启荧光信号。

TICT探针在检测生物大分子如血清白蛋白（SA）、线粒体DNA（mtDNA）、核糖核酸（RNA）、核糖核酸酶（RNase）、β-乳球蛋白（β-LG）和淀粉样蛋白（Amyloid）方面也展现出独特的应用潜力。例如，Reja等人开发了一种基于香豆素的TICT探针（HL?），其在Zn2?存在下能够通过改变分子构型开启荧光信号。Wang等人设计了一种基于萘二酰亚胺的TICT探针（YON），其在Cu2?存在下能够通过TICT过程开启荧光信号。Zong等人开发了一种基于萘二酰亚胺的TICT探针（NDI-15），其在Hg2?存在下能够通过改变分子构型开启荧光信号。此外，TICT探针还被用于检测β-乳球蛋白（β-LG）和微塑料污染，如Gadly等人开发的基于核苷酸的TICT探针（GEM-DNS）能够通过分子内电荷转移过程开启荧光信号。

TICT探针在生物分子相互作用和细胞微环境可视化方面也展现出重要价值。例如，Zhang等人开发了一种基于香豆素的TICT探针（DPINO），其能够通过氢键相互作用和π-π相互作用开启荧光信号，用于检测VOCs。此外，TICT探针还被用于监测细胞内的微粘度变化，如Dai等人开发的基于香豆素的TICT探针（DPX），其在高粘度环境中能够通过抑制分子内旋转开启荧光信号。这种探针能够用于实时监测细胞微环境的变化，从而为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路。

在TICT探针的设计中，结合其他荧光机制如光诱导电子转移（PeT）、聚集诱导发光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）可以进一步提高其性能。例如，Li等人开发了一种基于AIE和TICT的比率型荧光探针（TBB），其在高极性溶剂中能够通过抑制TICT过程开启荧光信号。Chen等人开发了一种基于AIE、ESIPT和TICT的多功能荧光探针（8），其在Fe3?存在下能够通过改变分子构型开启荧光信号。此外，Pramanik等人开发了一种基于AIE、ESIPT和TICT的荧光探针（HL），其能够用于检测Zn2?和HCHO，通过改变分子构型实现荧光信号的开启和关闭。

TICT探针在检测生物分子和环境污染物方面具有广泛的应用前景。例如，TICT探针被用于检测水中的Hg2?、Cu2?、Fe3?、Zn2?、Mg2?、CN?、HClO、HSO??、VDPs、β-LG等物质。这些探针能够通过荧光信号的变化实现对目标物质的检测，其设计策略包括分子内旋转的控制、荧光信号的开启和关闭，以及比率型检测。这些探针不仅能够提供高灵敏度和选择性，还能够通过荧光信号的变化实现对环境变化的响应。

尽管TICT探针在检测各种物质方面表现出色，但仍存在一些挑战，如荧光量子产率低、光稳定性不足等。因此，未来的研究方向应集中在提高探针的生物相容性和多模态成像能力，以增强其在环境监测、生物医学研究和临床诊断中的应用价值。同时，通过结合其他荧光机制如PeT、AIE和ESIPT，可以进一步优化TICT探针的性能，提高其在复杂环境中的检测能力。这些探针在未来的生物医学研究和临床应用中将发挥重要作用。