1,7-二甲基缺失型介观噻唑取代红移BODIPY分子转子：线粒体粘度荧光成像新策略

本研究针对线粒体粘度监测中红移荧光探针合成步骤繁琐的难题，通过一步法构建了1,7-二甲基缺失型meso-噻唑/苯并噻唑BODIPY分子转子（发射波长>600 nm，斯托克斯位移达70 nm）。探针3和5通过抑制meso-噻唑旋转实现粘度响应型荧光开启，成功应用于LPS和莫能菌素诱导的HeLa细胞线粒体粘度变化检测，为疾病相关微环境研究提供新工具。

　　

细胞微环境粘度变化与阿尔茨海默病（AD）、动脉粥样硬化等疾病密切相关，其中线粒体作为细胞能量工厂，其粘度异常更是疾病发生的关键指标。然而，现有荧光分子转子普遍存在发射波长短（<550 nm）、合成步骤复杂等缺陷，严重制约其在活细胞成像中的应用。传统BODIPY（硼二吡咯亚甲基）探针虽具有荧光量子产率高、结构易修饰等优势，但1,7-二甲基的存在会限制meso位取代基的自由旋转，导致斯托克斯位移小、背景干扰大。更棘手的是，长波长（>600 nm）BODIPY探针往往需要多步合成，难以满足生物医学研究的迫切需求。

针对这一系列挑战，广东某高校的研究团队创新性地提出"1,7-二甲基缺失"分子设计策略，通过一步反应将meso-噻唑/苯并噻唑引入BODIPY骨架，成功开发出发射波长突破608 nm、斯托克斯位移达70 nm的新型分子转子。相关成果发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》，为线粒体微环境研究提供了利器。

关键技术方法
研究采用核磁共振（¹H/¹³C NMR）和质谱（HRMS）验证结构，通过稳态/瞬态荧光光谱分析光物理性质。粘度响应测试选用甘油-水体系，细胞实验采用HeLa细胞模型，联合商用线粒体染料（MitoTracker Deep Red）进行共定位分析，并利用脂多糖（LPS）和莫能菌素诱导粘度变化。

分子设计与合成路线
突破性地移除传统BODIPY的1,7-二甲基后，meso-噻唑基团（探针3）和苯并噻唑基团（探针5）获得充分旋转自由度。单晶X射线衍射显示，噻唑环与BODIPY核心呈近垂直排列（85.6°夹角），这种独特构象为粘度敏感型荧光开启奠定结构基础。值得注意的是，该合成仅需一锅法反应，产率高达68%，远优于传统多步合成路线。

光物理性质研究
在低粘度介质（甲醇）中，探针3荧光量子产率仅0.3%，而高粘度（甘油）环境下骤增至18.7%，证实其"分子刹车"效应。更引人注目的是，其发射峰红移至608 nm，斯托克斯位移达72 nm，远超文献报道的1,7-二甲基型类似物（530 nm发射，30 nm位移）。理论计算揭示，这种显著红移源于分子内电荷转移（ICT）效应增强，而大位移则归因于S₁→S₀跃迁的几何弛豫。

生物应用验证
共聚焦成像显示探针3与线粒体的共定位系数达0.92，优于溶酶体（0.15）。在LPS刺激模型中，荧光强度随处理时间呈线性增长（R²=0.98），检测限低至0.89 cP。特别值得注意的是，即使连续照射30分钟，探针仍保持92%的初始荧光强度，展现出卓越的光稳定性。

结论与展望
该研究开创性地通过"去甲基化"策略，实现红移BODIPY分子转子的一步构建，解决了长波长粘度探针合成复杂的行业痛点。探针3对线粒体微粘度变化的灵敏响应，为AD等疾病的早期诊断提供了新思路。未来通过修饰噻唑环上的取代基，有望进一步拓展发射波长至近红外区，推动活体成像应用。这项研究不仅为BODIPY化学开辟了新方向，更为细胞微环境研究提供了模块化工具平台。