近红外荧光探针FMQ的超快高选择性亚硫酸盐检测及其在食品与生物成像中的应用研究

本研究针对SO2及其衍生物（SO32?/HSO3?）在生物系统和食品中的检测难题，设计了一种新型近红外（NIR）A-π-A型荧光探针FMQ。该探针通过Michael加成机制，在760 nm处实现超快响应（5秒）、高选择性（LOD=44.98 nM）的SO32?检测，并成功应用于食品样本（回收率92.71–104.03%）和活体成像（HeLa细胞、斑马鱼），为复杂环境中SO2的精准监测提供了创新工具。

　　

二氧化硫（SO₂）作为第四种气体信号分子，在心血管调节和氧化还原平衡中发挥关键作用，但其异常水平与肺癌、神经系统疾病等密切相关。食品工业中广泛使用的亚硫酸盐添加剂（SO₃^2?/HSO₃^?）若超标则危害健康，而传统检测方法难以满足生物体系中SO₂的实时监测需求。针对现有荧光探针发射波长短（<700 nm）、易受食品成分干扰等问题，中国某研究团队在《Bioorganic Chemistry》发表论文，开发了一种基于A-π-A结构的近红外荧光探针FMQ，实现了对SO₃^2?的超灵敏、高特异性检测。

研究采用核磁共振（¹H NMR）、高分辨质谱（HRMS）验证反应机制，通过紫外-可见光谱和荧光光谱分析光学性能，并利用细胞成像和斑马鱼模型评估生物应用潜力。

主要研究结果

1. 探针设计与合成：以2-(1-(4-二甲氨基苯基)亚乙基)丙二腈和N-甲基喹啉三氟甲磺酸盐为受体，呋喃为π桥，构建A-π-A结构。与前期探针DTMI（640 nm）和BMQ1（591 nm）相比，FMQ的π共轭扩展使其发射波长红移至760 nm。
2. 光学性能：SO₃^2?触发喹啉环4位烯烃碳的Michael加成，将A-π-A转化为D-π-A结构，激活分子内电荷转移（ICT）效应，荧光增强180倍，斯托克斯位移达210 nm。
3. 选择性与灵敏度：在0–15 μM范围内线性响应，对SO₃^2?的选择性优于其他活性硫物种（RSS）和干扰物（如Cys、GSH），检测限低至44.98 nM。
4. 实际应用：在饼干、干黄花菜等食品中回收率92.71–104.03%；低细胞毒性下实现HeLa细胞和斑马鱼肠道中SO₃^2?的动态成像。

结论与意义
该研究首创了迄今发射波长最长的A-π-A型SO₂探针（760 nm），其穿透深度和抗干扰能力显著优于同类探针。通过分子结构创新，解决了短波长探针在复杂生物体系中应用受限的难题，为食品安全的快速筛查和SO₂相关疾病机制研究提供了高效工具。未来可进一步拓展至深层组织成像和临床样本检测领域。