综述：迈向慢性肾病患者生物传感器的临床转化

《Biosensors and Bioelectronics》：Toward Clinical Translation of Biosensors for Chronic Kidney Disease

潜在指纹的AIE染料检测方法研究。通过合成两亲性TPE基化合物，采用电子供体/受体修饰和苯环裂解策略赋予光活化能力，结合便携式喷雾系统可在10秒内实现含Level 3细节的指纹实时成像，解决溶剂依赖和亮度不足问题。

　　

刘东东|孔凡赫|王梦佩|王曦

山东大学海洋学院，威海，264209，中华人民共和国

摘要

利用聚集诱导发光（AIE）染料检测潜在指纹（LFP）面临一些挑战，例如对有机溶剂的依赖性以及对于微弱残留物的亮度不足。为了解决这些问题，合成了一系列具有AIE特性的两亲性四苯乙烯（TPE）基化合物。这些化合物具有优异的水溶性，并且都包含亲水性的吡啶乙醇衍生物基团。其分子设计主要通过两种策略实现：（1）用具有不同电子给体或电子受体性质的取代基修饰TPE骨架的苯环（TPE衍生物：TPE-2Py-2OH、2MeO-TPE-2Py-2OH、TPE-2aPy-2OH、2MeO-TPE-2aPy-OH和TPE-2TCNPy-2OH）；（2）直接将吡啶乙醇衍生物基团连接到C=C双键上以赋予光活性（TPE类似物：3PhPyOH和2Ph2PyOH）。结构修饰使得荧光发射从蓝色变为红色，从而便于选择适用于具有不同荧光背景的基底。此外，还开发了一种便携式喷雾系统，能够将这些探针的水溶液均匀地沉积在各种基底上。值得注意的是，使用喷雾方法可以在10秒内实时观察到包含三级细节的高对比度LFP图像。具体来说，3PhPyOH的水溶液表现出对基底的适应性，并且在长时间紫外线照射下亮度增加，这归因于光激活诱导转化过程中分子内运动的限制（从3PhPyOH转变为新形成的化合物Uv-3PhPyOH）。这一策略有效地克服了对溶剂的依赖性，提高了成像分辨率，为法医调查提供了实用且快速的解决方案，凸显了光激活AIE剂在LFP检测中的广泛应用前景。

引言

潜在指纹（LFP）是通过接触表面而形成的不可见指纹，由于指纹图案的独特性，它们成为确定个人身份的关键法医证据（Gomes等人，2023年）。在检测潜在指纹残留物的各种方法中，最近使用聚集诱导发光（AIE）染料基材料的化学染色方法受到了越来越多的关注（Jie等人，2020年；Puthiyavalappil等人，2023年；Sonali等人，2024年；Zhu等人，2024年、2025年；Zou等人，2024年）。这是因为指纹残留物中的大分子（如脂质、蛋白质和肽）可以与AIE剂相互作用，通过限制分子内运动（RIMs）来发出荧光。然而，这种方法仍面临两个主要挑战：（i）大多数疏水性AIE剂需要使用有机溶剂，这些溶剂可能会溶解LFP中的脂肪酸和DNA生物分子（Li等人，2012年；Tian等人，2023年、2024年）；（ii）其成像亮度不够理想，尤其是在应用于汗液或油渍很少的褪色LFP时，这一点常常被忽视。

为了解决问题（i），提高有机染料的亲水性是一种有效的策略，例如TPA-1OH（Wang等人，2020年）、Zn(tpy-R）（Duan等人，2022年）、基于GFP发色团的荧光染料（Ruan等人，2024年）、DEPN（Pu等人，2025年）和CPNB（Chen等人，2023年）。我们的研究小组还报道了一种基于亲水性AIE的探针——四苯乙烯（TPE）基吡啶盐TPE-2Py-2OH，其水溶液可以在10秒内快速捕捉LFP的三级细节（Liu等人，2024年）。然而，使用这类AIE剂时，成像亮度仍然有限，因为它们的荧光增强依赖于汗液或油渍的数量，这并不能充分解决问题（ii）。如果成像亮度能够随着紫外线照射时间的延长而成比例增强，这一挑战可能会得到缓解。幸运的是，赋予AIE探针光激活能力是一种有前景且可行的策略，因为光激活荧光探针可以在照射下通过光化学反应实现从暗到亮的荧光变化（You等人，2024年）。目前，有几种光化学反应类型可用于设计光激活化合物，主要包括光环化（Jun等人，2019年）、光环加成（Ramamurthy和Sivaguru，2016年）、光解（Butkevich等人，2021年）、光还原（Lord等人，2008年）、光诱导重排（Halabi等人，2017年）、光二聚化（Lu等人，2020年）和光脱羰基反应（Du和Wei，2022年）。值得注意的是，对于TPE类似物骨架，光环脱氢反应作为一种特别有前景的策略，可以限制外围苯环的旋转，从而进一步增强荧光，这已被广泛用于生物成像和成像引导的精准疾病治疗（Chen等人，2021年；Gu等人，2015b、2016年；Zhao等人，2022年）。然而，其在LFP检测和成像中的应用仍然非常有限。因此，将光环脱氢机制纳入基于TPE的分子框架以开发LFP是非常有意义的。

在这里，为了应对这些挑战，合成了一系列具有AIE特性的两亲性TPE基分子，实现了从蓝色到红色的多色荧光发射。值得注意的是，除了通过电子给体和电子受体效应调节分子结构外，还通过切割苯环并用吡啶-1-乙醇取代它来引入光活性。通过使用创新的便携式喷雾系统，这些化合物成功地在各种表面上捕捉到了包含三级细节的LFP。重要的是，光激活分子在紫外线照射下表现出显著增强的荧光。此外，本研究还对LFP的发展进行了机理研究。这项工作将为开发基于AIE的光激活传感器提供有益的建议。

材料与仪器

材料和仪器的详细信息见支持信息。

合成程序

所有合成程序和NMR数据的详细信息见支持信息。

指纹采集

实施了标准化的指纹采集程序。志愿者被指导用指尖轻轻触摸他们的额头或脸颊，然后对各种材料基底（包括锡箔、陶瓷、钢、塑料、玻璃、皮革和叶子）施加轻微的压力。

通过浸泡法开发LFP

将LFP压在...

合成、表征和亲水性质

使用两种不同的设计策略（修饰和切割苯环）合成了一系列化合物，以获得适用于LFP检测的目标产品（图1a和b）。对于第一种策略，引入了电子给体和电子受体基团来修饰TPE结构，从而构建了一个供体-受体（D-A）系统，该系统表现出分子内电荷转移效应，进一步调节了发光颜色（Guo等人，2025年；

结论

总之，合成了一系列水溶性AIE剂，并将其与便携式检测系统集成，以实现LFP的可视化。通过简单地喷雾含有探针的水溶液，五种分子（3PhPyOH、TPE-2Py-2OH、TPE-2aPy-2OH、2MeO-TPE-2Py-2OH和2MeO-TPE-2aPy-2OH）可以在10秒内在各种表面上快速揭示1-3级的指纹细节，发射颜色从蓝色到红色不等。值得注意的是，独特的...

CRediT作者贡献声明

刘东东：撰写——原始草稿、方法学、研究、形式分析。孔凡赫：方法学、研究、形式分析。王梦佩：方法学、研究、形式分析。王曦：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、监督、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了山东省自然科学基金（ZR2021MB052）和国家自然科学基金（21601107）的财政支持。