二氟硼烷化四嗪探针：实现免洗超分辨成像与药物控释的突破性生物正交荧光工具

研究人员针对传统生物正交探针尺寸大、背景荧光高等问题，开发了基于二氟硼烷化四嗪(Tz-BF)的最小荧光探针体系。该探针通过iEDDA反应实现582倍荧光增强，发射波长可调(440-570 nm)，兼具STED超分辨成像与点击释放(click-to-release)功能，为活细胞动态观测与精准给药提供了创新工具。

　　

在生命科学研究中，实时观测细胞内的生物分子犹如在黑夜中寻找萤火虫——传统荧光标记技术往往面临背景信号干扰大、需要反复洗涤的困扰。更棘手的是，现有四嗪(Tz)类生物正交探针普遍存在分子尺寸过大、荧光开启效率低等问题，严重制约了其在超分辨成像和药物递送等领域的应用。为此，中国科学技术大学的研究团队另辟蹊径，将二氟硼烷(BF₂)与四嗪巧妙结合，开发出迄今最小的Tz-BF荧光探针体系，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究团队主要运用了以下关键技术：1) 钯催化C-H键活化构建羟基化四嗪前体；2) 硼三氟化醚络合物介导的N,O-双齿配位反应；3) 时间依赖密度泛函理论(TD-DFT)计算光物理性质；4) 活细胞免洗共聚焦/STED超分辨成像；5) 高效液相色谱(HPLC)监测药物释放动力学。

【设计策略与合成】研究人员创新性地将BF₂单元引入苯基四嗪骨架，形成类似BODIPY的刚性平面结构。通过定向C-H键羟基化和后续硼络合反应，成功合成11种Tz-BF探针，其中Tz-BF8的量子产率达0.158，比传统Ph-Tz-Ph探针反应速率提升5倍。

【光物理特性】TD-DFT计算揭示，NTz-BF7的轨道重叠积分(0.7150)显著高于NTz-BF1(0.6172)，这解释了其526倍荧光增强的机制。探针发射波长可通过推拉电子基团调控，覆盖蓝光(440 nm)至黄光(570 nm)光谱。

【反应动力学】Tz-BF8与反式环辛烯(TCO)的反应速率达1500 M^-1s^-1，10分钟内转化率99%。相比传统探针，二氟硼烷的吸电子效应使iEDDA反应活性显著提升。

【药物控释】点击释放实验显示，Tz-BF1与TCO-阿霉素(TCO-DOX)反应30分钟即可完全释放药物，同步激活荧光。细胞实验证实该体系能有效杀伤癌细胞(存活率<20%)。

【细胞成像】在免洗条件下，Tz-BF8成功实现线粒体(PCC>0.9)和微管蛋白的特异性标记。双色STED成像分辨率达87 nm，清晰捕捉到CCCp诱导的线粒体-内质网互作动态。

这项研究开创性地将二氟硼烷化学与生物正交反应相结合，解决了传统探针"大而钝"的技术瓶颈。Tz-BF探针兼具"小尺寸、高亮度、快响应"三大优势，其免洗特性特别适合脆弱细胞的长时间观测，而点击释放功能为诊疗一体化提供了新范式。更值得关注的是，该探针体系兼容STED等超分辨技术，为细胞器互作研究提供了分子尺度的观测工具。未来通过拓展近红外探针，有望实现更深组织的活体成像应用。