探索1,3,4-噁二唑-查尔酮杂合体作为双重EGFR耐药突变抑制剂和抗氧化剂的计算机模拟与合成研究

为解决两性离子荧光团自组装行为和膜相互作用机制不明确的问题，研究人员通过合成单/双磺基甜菜碱修饰的丹磺酰衍生物，系统研究了两性离子价数对临界聚集浓度(CAC)、聚集体形态及膜亲和力的影响。研究发现单价化合物1形成均一胶束并显示强膜结合性，而双价化合物2产生异质聚集体但具有更稳定的非破坏性膜相互作用，为设计生物界面兼容性荧光探针提供了新思路。

　　

在生物医学领域，荧光探针的开发始终面临一个关键矛盾：如何平衡水溶性与膜靶向性？传统策略常采用聚乙二醇(PEG)或阴离子基团修饰，但这类修饰往往导致非特异性结合或聚集诱导淬灭(ACQ)。近年来，两性离子结构因其独特的电荷平衡特性崭露头角，然而一个根本性问题尚未解决——分子上两性离子基团的数量（即两性离子价数）如何影响探针性能？这个"数字游戏"背后，隐藏着调控生物分子行为的精妙密码。

日本埼玉大学Takahiko Matsushita团队在《Journal of Molecular Structure》发表的研究，犹如打开了一扇观察分子自组织的新窗口。研究人员设计了一对"分子双胞胎"：单磺基甜菜碱修饰的化合物1和双磺基甜菜碱修饰的化合物2，通过硫醇-烯/炔点击化学反应精准合成。采用动态光散射(DLS)监测聚集行为，紫外-荧光光谱分析光物理特性，表面等离子共振(SPR)和脂质体吸附实验评价膜相互作用，结合透射电镜(TEM)观察聚集体形态。

2.1 两性离子丹磺酰衍生物的合成

通过优化硫醇-烯（化合物1）和硫醇-炔（化合物2）反应条件，在无溶剂光引发条件下分别获得47%和15%产率。双价化合物2的较低产率揭示了硫醇-炔化学构建多价两性离子结构的固有挑战。

2.2 自组装行为

2.2.1 聚集的光谱特征

化合物1在0.2 mM显示尖锐的临界聚集浓度(CAC)，伴随330 nm激发峰淬灭；而化合物2在0.3 mM CAC后逐渐形成490 nm红移激发带。两者均表现聚集诱导淬灭(ACQ)，但在甲醇中仍保持该现象，提示局部堆积是淬灭主因。

2.2.2 临界聚集浓度与荧光响应

DLS与荧光联用揭示：化合物1在0.2 mM突发聚集，荧光量子产率(Φ_F)从0.127(0.01 mM)骤降；化合物2则呈现平缓变化，Φ_F在0.3 mM达峰值0.106。

2.2.3 颗粒尺寸与形态

TEM显示化合物1形成50-100 nm均一球体，而化合物2产生多分散结构（20-200 nm）。DLS检测到化合物2在0.05 mM（低于CAC）已有预聚集，揭示其渐进式组装机制。

2.3 脂质膜粘附

微孔板实验显示化合物1膜结合荧光强度比化合物2高3倍，但SPR揭示其10 mM时引发膜剥离（水相中RU值骤降1500），而化合物2保持稳定吸附。

2.4 表面等离子共振分析

在PBS中，化合物1呈现双相结合曲线，20 mM时保留60%信号；化合物2则显示线性累积，体现"温和不扰动"的膜相互作用模式。

2.5 结构-组装-相互作用关系

单两性离子赋予化合物1强膜锚定能力但易引发膜不稳定，双两性离子使化合物2形成"柔性盔甲"——松散但持久的膜结合。这种价数依赖的界面行为为精准调控生物分子相互作用提供了新范式。

这项研究首次阐明了两性离子价数作为"分子调节旋钮"的多重功能：不仅控制自组装阈值，更通过改变聚集体刚性和界面适应性来编程膜相互作用模式。其揭示的设计原则对开发新一代膜探针具有指导意义——在药物递送系统中，需要快速膜穿透时可选用单两性离子结构；而长期细胞示踪则宜采用双两性离子设计。该工作为生物界面工程提供了可预测的结构-功能关系框架，填补了两性离子荧光团理性设计的关键空白。