基于部花青的近红外分子转子实现活细胞粘度特异性检测与成像

为解决细胞内粘度异常与疾病关联的监测难题，湖南大学团队设计出新型部花青基近红外分子转子BAMCy。该探针通过构建电子受体-供体-受体（A-D-A）系统，实现45倍信噪比的粘度特异性响应，突破传统探针受极性干扰的限制，成功应用于铁死亡（ferroptosis）等病理过程的实时成像，为微环境相关机制研究提供新工具。

　　

细胞内部如同一个精密运转的微型工厂，其功能高度依赖内部微环境的稳态。粘度作为关键物理参数，直接影响代谢物扩散、信号传导等过程。异常粘度与阿尔茨海默病、糖尿病乃至癌症密切相关，堪称细胞健康的"晴雨表"。然而，现有荧光探针普遍存在发射波长短、易受极性干扰等问题，犹如在浓雾中观测，难以清晰捕捉粘度动态变化。

湖南大学的研究团队独辟蹊径，从部花青染料（merocyanine）骨架出发，通过引入二氟硼酸盐电子受体和吲哚啉供体，构建出具有电子受体-供体-受体（A-D-A）结构的近红外分子转子BAMCy。该探针在低粘度环境中保持"沉默"，而在高粘度条件下荧光增强45倍，犹如安装了声控开关的显微镜，仅对粘度变化产生响应。相关成果发表于《Talanta》，为病理机制研究开辟新途径。

研究采用分子工程策略，通过γ位修饰扩展π共轭体系；运用稳态/瞬态荧光光谱验证TICT（扭曲分子内电荷转移）机制；结合密度泛函理论（DFT）计算分析电子结构；最终通过共聚焦显微镜实现活细胞无洗涤成像。实验选用HeLa细胞模型，在芥子醇（erastin）诱导的铁死亡过程中成功捕获粘度升高现象。

【设计合成部花青基分子转子】
通过将苯并噻唑乙腈引入三甲川部花青骨架，创制出发射波长达698 nm的BAMCy。该设计通过增强TICT效应和分子内旋转阻力，使荧光量子产率在甘油中提升200倍，斯托克斯位移扩大至118 nm，有效规避自体荧光干扰。

【粘度响应特性】
在粘度从0.89 cP增至965 cP时，BAMCy荧光强度呈线性增长，且不受pH（4-10）和极性（介电常数5-78）变化影响。对照实验显示，传统部花青染料MCy在极性溶剂中荧光淬灭率达92%，而BAMCy保持稳定，证实其独特的环境选择性。

【铁死亡过程监测】
应用BAMCy首次可视化铁死亡进程中粘度升高现象：经erastin处理的细胞在12小时内荧光增强3.8倍，与脂质过氧化水平正相关。该发现为铁死亡与细胞流变学关联提供直接证据。

这项研究突破性在于将中性部花青染料转化为特异性粘度传感器。BAMCy的近红外发射特性（650-720 nm）使其具备深层组织成像潜力，而A-D-A结构赋予的抗干扰性能，使其在复杂生物体系中展现出媲美抗体的识别精度。该成果不仅为神经退行性疾病等病理研究提供新工具，其分子设计策略更为环境响应型探针开发树立新范式。