基于 BODIPY 衍生两亲性分子的金纳米棒辅助手性识别与 GSH 传感多功能平台

《Sensors and Actuators B: Chemical》：AuNR-Assisted Multifunctional Platform for Enantiomeric Recognition and GSH Sensing Based on BODIPY-Derived Amphiphilic Molecules

　　

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  利用β-环糊精/BODIPY/金纳米棒构建了具有高效能量转移性能的序列人工捕光平台。
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  近红外BODIPY手性聚集体实现了非对映选择性和手性转移。
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  成功制备了一种谷胱甘肽响应型双信号自校准杂化纳米传感器。
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  金纳米棒辅助的多功能平台集成了能量转移、圆偏振光学和精密生物传感功能。

引言

天然光合天线系统通过精确排列的色素分子阵列，实现了宽带光捕获和级联能量转移的近单位量子效率[1], [2], [3]，为人工捕光系统（ALHS）提供了理想的蓝图[4]。然而，将这种高效能量转移概念转化为实用功能材料仍面临多重挑战。在手性光学材料领域，高灵敏度和高选择性的对映体识别在药物开发与质量控制、临床精准医疗、食品安全和环境监测中具有重要作用，因为对映体在手性生物环境中往往表现出不同的生物活性、代谢途径、毒性和药代动力学行为[5], [6], [7]。然而，用于对映体识别的高效红光发射功能材料仍然极为稀缺。同时，精准医疗对谷胱甘肽（GSH）等疾病标志物的原位和高灵敏检测提出了迫切需求，GSH是细胞中最丰富的非蛋白硫醇，其浓度异常与氧化应激、肿瘤耐药和神经退行性疾病直接相关[8], [9]。在单一分子平台上解决包括光捕获效率、圆偏振光学活性和生物传感灵敏度提升在内的三重挑战是极其理想的，但也极具挑战性。在众多荧光染料中，二吡咯甲硼烷（BODIPY）染料凭借其高摩尔消光系数、高荧光量子产率、窄且对称的发射带、优异的化学稳定性和多样的位点修饰能力而成为理想的多功能分子骨架[10], [11], [12]。然而，单个BODIPY发色团几乎无法实现可调宽吸收与圆偏振光学活性的结合，传统BODIPY探针在生物介质中往往存在聚集导致淬灭、水相响应差、背景信号高和反应动力学不快等问题。因此，有必要通过精确分子设计与超分子共组装的协同作用，调节多分子间的配合，构建多种功能集成的BODIPY基手性聚集体和荧光传感平台。

目前的GSH检测方法包括色谱法[13], [14], [15], [16], [17]、电化学法[18], [19], [20], [21], [22], [23], [24]、比色法[25], [26], [27], [28], [29], [30]和SERS法[31], [32], [33], [34], [35]，各自存在预处理复杂、背景干扰严重或灵敏度和选择性有限等缺陷（表S1）。此外，这些系统中很少有能将荧光信号与自校准能力相结合的，这降低了它们在复杂生物样品中使用时的可靠性。为了提高纳米杂化传感器对GSH检测的选择性和检测限，本研究中将金纳米棒（AuNR）引入到具有光谱梯度匹配组分的有机BODIPY系统（G₄）中。AuNR凭借其独特的局域表面等离子体共振（LSPR）效应，提供了令人信服的高效解决方案[36], [37]。AuNR的纵向LSPR峰可精确调谐至近红外生物窗口，且其尖端强烈的"引雷效应"产生强局域电磁场，显著增强了邻近荧光团的激发效率，从而提高了灵敏度[38], [39], [40]。此外，近年来BODIPY荧光染料与金纳米材料结合构建杂化传感器的探索仍较为罕见[41]。因此，我们通过将可被GSH裂解的BODIPY（G₄）非共价结合到β-环糊精功能化的AuNR（β-CD@AuNR）上，开发了一种充分利用等离子体增强效应同时保持探针活性的纳米杂化传感器来检测GSH。此外，在AuNR辅助下，通过精确调节光谱重叠和空间排列，我们开发了一种利用明确的二步荧光共振能量转移（FRET）过程的ALHS。为解决红光活性手性材料的短缺问题，我们合成了含有含重复单元6的手性寡醚的BODIPY衍生物分子链[42], [43]。该材料通过非共价相互作用展现出从分子水平到聚集体水平的高效手性转移和放大，在手性识别方面展现出显著的应用潜力。

章节摘要

试剂与仪器

所有材料均直接使用供应商提供产品，未进一步纯化。化学材料（补充信息ESI第1.2节）和技术方法（ESI第1.3节）详见补充信息。

合成与表征

合成方法（补充信息ESI第1.4和1.5节）及分子结构表征（¹H NMR、¹³C NMR和MALDI-TOF-MS）（图S1–S39）详见补充信息，结果与方案S1和S2所示的分子结构一致。溶液制备的实验方法见（第

材料设计与合成

本研究中合成了一系列BODIPY衍生物，包括带有末端芘基的G₁、带有末端金刚烷基的G₂和G₃，以及带有末端2,4-二硝基苯磺酸酯（ND）基团的G₄（方案1）。对于分子G₂、G₃和G_4,分子疏水部分由平面共轭BODIPY核心和一侧或两侧的肉桂基链组成，具有高π电子云密度，表现出强烈的分子间π–π堆积倾向。寡醚键的

结论

成功构建了整合序列能量转移的BODIPY衍生物光物理平台，用于谷胱甘肽（GSH）的非对映选择性识别和传感。实验结果表明，该平台能够有效识别R和S-扁桃酸，并对谷胱甘肽实现灵敏传感，检测限为71.68 nM。这种增强的性能是通过将金纳米棒（AuNR）引入平台，利用AuNR的等离子体增强效应以及

未引用参考文献

[44], [45]

CRediT作者贡献声明

尹俊博：调查、形式分析。李旭：撰写—初稿、验证、方法论、形式分析。金利毅：撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、概念构思。韩鸿鲜：方法论、形式分析。黄哲刚：方法论、形式分析。崔春智：方法论、形式分析。刘鹏：调查、形式分析。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到吉林省科技发展计划项目（编号20260102116JC）和中国学科创新引智计划项目（D18012）的资助。

李旭|尹俊博|刘鹏|崔春智|黄哲刚|韩鸿鲜|金利毅