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为解决生物体内复杂生理环境下细胞活动原位监测难题，研究人员开展基于共价有机框架（COFs）修饰的表面等离子体耦合发射（SPCE）生物界面传感系统研究。结果显示该系统能增强荧光信号，实现细胞凋亡时细胞外 pH（pHe）变化的原位监测，意义重大。
在生命科学的研究进程中，细胞活动的监测一直是极为关键的领域。然而，生物体复杂的生理环境就像一座难以跨越的大山，给原位监测细胞的重要活动带来了巨大阻碍。在众多细胞活动里，细胞凋亡的研究意义非凡，它不仅与正常的生理发育密切相关，在肿瘤、神经退行性疾病等多种病症的发生发展过程中也扮演着重要角色。细胞凋亡过程中，细胞外 pH（pHe）会发生变化，精准监测这一变化对深入理解细胞凋亡机制、开发相关疾病的诊断和治疗方法至关重要 。但现有的监测手段存在诸多不足，比如传统的荧光分析方法虽然灵敏度高、响应快，可小分子荧光探针的生物传感特性极易受生物环境干扰，导致信号不稳定、检测结果不准确。
为了攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员开启了一场极具创新性的探索之旅。他们将目光聚焦于共价有机框架（COFs）和表面等离子体耦合发射（SPCE）技术，致力于构建一个全新的生物界面传感系统，以此实现对细胞凋亡过程中细胞外 pH 变化的精准、实时监测。最终，他们成功开发出一种基于 COF 修饰的 SPCE 生物传感平台，这一成果意义重大，为细胞凋亡研究乃至相关疾病的诊疗开辟了新的道路，相关研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》杂志上。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是合成修饰技术，他们制备了新型 pH 响应性荧光 COF 纳米探针（F - COF），在 COF 的纳米孔结构内精准修饰荧光团。其次采用石墨烯氧化物（GO）辅助组装策略，将 COFs 稳固地整合到银膜上。此外，通过角调制入射光精确控制倏逝波的穿透深度，实现细胞外和细胞内信息的选择性检测。
下面来详细看看研究结果。
- F - COF 的合成与表征：研究人员制备了一种新型荧光 pH 响应性 COF 探针（F - COF），在其孔隙中修饰了异硫氰酸荧光素（FITC）。FITC 是生物传感和荧光分析中常用的 pH 响应性荧光探针，在碱性环境下，其羧基和羟基会发生去质子化，进而增强绿色荧光。
- SPCE 生物传感平台的性能：得益于近场激发荧光团偶极、银纳米膜和 π 共轭氧化石墨烯之间的协同耦合作用，最终得到的 COF 修饰生物传感平台实现了 40 倍的定向荧光增强。通过精确控制入射光的角度调制倏逝波的穿透深度，该平台可以选择性地检测细胞外和细胞内的信息。
- 细胞凋亡过程中 pHe 变化的监测：在表面等离子体共振（SPR）角激发模式（θsp）下，该 SPCE 系统能够特异性地获取 COF 探针在近场能量耦合区域的荧光响应，进而用于原位监测细胞凋亡过程中细胞外 pH（pHe）的变化。同时，在临界角激发模式（θc）下，它可以聚焦于远场区域细胞质的生理活动，实现从细胞内和细胞外两个角度直接、全面地观察细胞的生理活动。
综合研究结果，研究人员得出以下结论：COF 孔隙内的化学活性位点可修饰不同类型的探针分子，满足不同检测需求。基于这种新型 COF 开发的 COF 修饰 SPCE 生物传感平台，具备良好的亲生物性、较强的抗干扰能力和稳定的荧光特性。这一精心设计的 SPCE 传感平台展现出增强和偏振的荧光发射，能够实现高效的荧光信号检测，为实时、原位监测细胞凋亡过程中细胞外 pH 变化提供了有力工具。
这项研究成果意义深远。从基础研究层面来看，它为细胞凋亡机制的研究提供了更精准、有效的监测手段，有助于科研人员深入了解细胞凋亡过程中细胞外环境的动态变化，推动生命科学领域对细胞生理病理过程的认知。从应用角度出发，该技术有望在疾病诊断和治疗监测方面发挥重要作用。例如，在肿瘤治疗中，通过实时监测肿瘤细胞凋亡过程中的 pHe 变化，可以更准确地评估治疗效果，为个性化治疗方案的制定提供依据。同时，这种基于 COF 和 SPCE 的传感技术也为其他生物分子的检测和生物过程的监测提供了新思路和方法，为生物传感器的发展开辟了新方向，具有广阔的应用前景和研究价值。
