共振增强发射效应荧光探针的分子设计及其在生物成像与肿瘤治疗中的协同应用

本研究针对传统荧光探针光稳定性差、诊疗功能割裂等问题，通过调控酚羟基/巯基等活性氢键取代基，设计出基于共振增强发射（REE）机制的新型荧光探针SP-OH-NO2 。该探针在细胞染色浓度下展现出优异荧光稳定性（发射波长670 nm）与低细胞毒性，同时通过高效ROS生成实现>80%的癌细胞杀伤率，为诊疗一体化试剂开发提供了新思路。

　　

在生物医学领域，荧光探针如同"分子级显微镜"，能实时揭示生命活动的奥秘。然而现有探针常陷入两难困境：追求高亮度往往牺牲光稳定性，专注成像功能又难以兼顾治疗效能。更棘手的是，传统设计过度依赖扩展π共轭体系来调控发光性能，导致分子量过大、细胞渗透性差。这些瓶颈严重制约了荧光技术在活体动态监测与精准治疗中的协同应用。

汕头大学的研究团队另辟蹊径，从生物体内无处不在的氢键相互作用入手，提出"共振增强发射（REE）"创新机制。通过精细调控酚羟基（-OH）等活性氢键基团，他们成功开发出集高亮度成像与高效光动力治疗于一体的SP-OH-NO₂
探针。这项突破性成果发表于《Dyes and Pigments》，为诊疗一体化试剂设计提供了全新范式。

研究团队运用密度泛函理论（DFT）计算解析分子轨道能级，结合紫外-可见吸收光谱和荧光光谱系统表征光物理性质。通过比较羟基、巯基、氨基等不同取代基修饰的探针性能，结合细胞毒性实验（CCK-8法）和活性氧（ROS）检测，验证了氢键网络对光动力疗效的调控作用。

设计思路与分子工程
研究以对硝基苯乙烯吡啶盐为母核，通过引入-OH、-SH等氢键基团构建SP-Y-NO₂
系列探针。理论计算表明，增强给电子能力会缩小分子轨道能隙，导致发射波长蓝移。但反常的是，SP-OH-NO₂
在水相中呈现670 nm的红移发射，揭示氢键介导的溶剂化效应起关键作用。

光物理特性解析
羟基修饰的SP-OH-NO₂
展现出多峰宽谱吸收特性，其荧光强度显著优于氨基（SP-NH₂
-NO₂
）和二甲基氨基（SP-NMe₂
-NO₂
）修饰体系。这种REE效应使探针在细胞染色浓度下保持卓越光稳定性，克服了传统ACQ（聚集导致猝灭）材料的缺陷。

生物应用验证
在光照条件下，SP-OH-NO₂
展现出"一箭双雕"功能：通过REE效应实现高对比度细胞成像，同时经I型光动力途径高效产生活性氧（ROS），5分钟光照即可诱导>80%癌细胞凋亡。这种诊疗协同性能远超临床常用光敏剂。

该研究颠覆了传统荧光探针设计理念，证明氢键网络调控比单纯扩展共轭体系更能有效平衡探针的光物理性能与生物功能。SP-OH-NO₂
的成功研制不仅为肿瘤诊疗一体化提供了新工具，更开创了"分子内氢键工程"这一材料设计新方向。尤其值得注意的是，这种低分子量（<500 Da）探针克服了大π共轭体系渗透性差的缺陷，为开发下一代脑部疾病诊疗试剂奠定基础。未来通过优化氢键给体类型和空间排列，有望实现更精准的病灶靶向与治疗调控。