一种基于氧化环化机制用于检测次氯酸的特异性比率型荧光探针

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A specific ratiometric-fluorescent probe for detection of hypochlorous based on oxidation-cyclization mechanism

　　

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  开发了一种用于检测HClO的新型荧光探针。
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  该探针能够实时、显著选择性地检测HClO，并具有较高的灵敏度。
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  该探针可用于检测水、食品和生物样品中的HClO。
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  该探针对HClO的响应基于氧化-环化机理。

引言

次氯酸（HClO）及其共轭碱次氯酸根（ClO^?）是代表性的活性氧物种（ROS），被广泛用于饮用水处理和食品工业中的消毒剂 [1]、[2]、[3]、[4]、[5]，同时在细胞稳态、信号转导和免疫调节中也发挥着至关重要的作用 [6]、[7]、[8]、[9]、[10]。在生物系统中，内源性HClO来源于髓过氧化物酶（MPO）催化过氧化氢与氯离子之间的反应，主要存在于巨噬细胞的酸性溶酶体区室中 [11]、[12]。适当的HClO水平调节对正常细胞生理功能至关重要 [13]、[14]、[15]。在健康条件下，HClO通过促进活化白细胞中的氯离子过氧化物化来参与细胞信号传导和宿主防御，从而在炎症期间作为关键的抗菌剂发挥作用 [16]、[17]、[18]。然而，吞噬细胞产生过多的HClO会损伤宿主组织，并与多种炎症相关疾病有关，包括心血管疾病、癌症、神经退行性疾病、肾疾病和骨关节炎 [19]、[20]、[21]。因此，能够在活细胞、组织和整体生物体中可视化和定量分析HClO的方法对于医学诊断和理解疾病机制至关重要 [22]、[23]、[24]。与传统方法如电化学分析、化学发光和色谱法相比，荧光探针技术在选择性、灵敏度、响应速度和实时监测能力方面具有优势 [25]、[26]、[27]。尽管吩噻嗪骨架和N，N-二甲基硫代氨基甲酸盐触发器已被广泛应用于HClO响应型荧光探针的设计中 [28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]，但至今尚未报道将二甲基硫代氨基甲酸盐触发与吩噻嗪硫原子氧化相结合的荧光探针。本研究设计的探针——吩噻嗪-乙烯基桥连氰乙基吡啶（PVC），通过将二甲基硫代氨基甲酸盐触发器与吩噻嗪骨架相结合来实现（方案1）。通过目标识别与原位形成荧光π共轭骨架的耦合，该策略抑制了背景荧光并增强了信号对比度。其独特之处在于特定地将吩噻嗪供体与乙烯基桥连的氰乙基吡啶受体整合，构建了稳健的D–π–A平台。N,N-二甲基硫代氨基甲酸盐基团作为HClO响应的掩蔽单元发挥作用。HClO介导的脱保护产生游离羟基，建立了高效的D–π–A框架并开启了分子内电荷转移（ICT）过程 [32]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]。由此产生的酚氧负离子随后经历分子内环化和重排，形成新的荧光团，从而产生新的荧光发射，实现比率型荧光探针功能。与先前报道的HClO探针相比，PVC对HClO相对于其他生物相关的ROS（包括H?O?、•OH和ONOO^?）具有高度特异性和比率型响应。这些特征使PVC区别于类似的探针，并为HClO的灵敏、快速响应和特异性比率荧光检测提供了实用平台（表S1）。光谱学评价确认，探针PVC具有良好的水溶性、高光稳定性、对HClO的优异灵敏度（检出限，1.20 μM），以及在广泛的生理pH范围内快速的110秒响应，其他生物相关物质的干扰极小。探针PVC具有低细胞毒性，使其成功应用于活细胞和小鼠模型中外源性和内源性HClO的可视化。除了在生物成像中的实用性之外，该化合物还为未来设计氧化触发的荧光探针提供了有前景的结构骨架。

章节摘要

伦理审批

在所有动物实验开始之前，研究方案已获得河南大学机构动物护理和使用委员会的正式批准（编号：HUSOM2026–497）。所有操作均完全遵守美国国立卫生研究院《实验动物护理和使用指南》（第8版，2011年），并符合中国现行动物福利法规的要求。在整个研究过程中，我们采取了所有可行的措施来减轻不适并限制实验动物的数量

设计策略与合成

基于N,N-二甲基硫代氨基甲酰基团的HClO响应型荧光探针已被广泛探索。然而，此类探针系统往往受到缓慢的响应动力学和竞争亲核试剂（如HS^?）干扰的限制。在遵循先前报道的基础上，通过乙烯基连接（π）将含有检测基团（电子供体，D）的吩噻嗪单元与氰基吡啶单元（电子受体，A）相连接，以克服这些局限性。该

结论

总之，开发了一种用于比率荧光法测定HClO的新型乙烯基桥连吩噻嗪与氰基吡啶荧光探针PVC。该探针在HClO处理后表现出显著的可见颜色变化和荧光变化。此外，PVC具有快速的响应动力学（110秒）、优异的抗干扰选择性以及较低的检出限（1.2 μM）。得益于这些特性，探针PVC被用于水中HClO的测定

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本研究中报告的工作。

杜永宇 | 沈丽娟 | 李旭晴 | 罗新兰 | 周伟 | 许阔西