次氯酸 (HClO) 被广泛用作广谱消毒剂,应用于饮用水净化、废水处理、食品保鲜和公共卫生消毒,在流行病预防和环境修复中发挥着不可或缺的作用 [1], [2], [3], [4], [5]。然而,氯基消毒剂的过度使用和不适当排放导致水生环境、土壤和食品基质中残留 HClO 过量 [6]。过量的 HClO 不仅破坏生态稳定性,还与天然有机物反应生成致癌和致突变的消毒副产物,从而通过食物链和直接暴露对环境安全和人类健康构成重大危害 [7], [8], [9]。
在生物系统中,HClO 是由髓过氧化物酶 (MPO) 催化产生的关键活性氧 (ROS) [10], [11], [12]。虽然生理性 HClO 有助于免疫防御,但异常升高的 HClO 会引发严重的氧化应激,导致脂质、蛋白质和核酸不可逆损伤,并驱动慢性炎症 [13], [14]。越来越多的证据证实,HClO 介导的氧化应激与多种肝脏疾病的起始和进展密切相关,尤其是药物性肝损伤 (DILI) 和非酒精性脂肪肝疾病 (NAFLD),这些是全球高流行率和公共卫生负担重的急性和慢性肝病 [15], [16], [17]。同时,细胞微环境粘度作为控制物质运输和信号转导的关键生物物理参数,在肝病变中显著失调,并反映线粒体功能障碍 [18], [19], [20]。HClO 过量产生和粘度升高的共发生是氧化应激相关肝损伤的标志 [21],然而用于同时、原位和实时监测这两个相关指标的工具仍然稀缺。
HClO 的常规检测方法存在操作繁琐、生物相容性差以及无法实现体内可视化的问题 [22]。虽然荧光探针已成为危害监测和生物成像的强大工具,但大多数现有的 HClO 或粘度探针仅限于单分析物检测、发射波长较短、细胞器靶向效果不理想以及应用场景狭窄 [23], [24], [25]。这种单参数探针无法捕获病理过程中化学信号与生物物理线索之间的交互作用,极大地限制了它们在综合环境和生物医学研究中的实用性 [26], [27]。
在此背景下,我们合理设计并合成了一种线粒体靶向、双通道、双响应近红外荧光探针 TPTY-Q-HClO,用于同步检测 HClO 和微环境粘度。该探针使用二甲基硫代氨基甲酸酯作为 HClO 特异性识别单元,季铵化喹啉基团用于线粒体靶向,并采用 TICT 机制进行粘度传感。它显示出优异的灵敏度 (LOD = 16.1 nM)、卓越的选择性以及宽线性粘度响应 (1.50–474 cP)。该探针成功应用于 DILI 和 NAFLD 模型中 HClO 和粘度的原位成像,揭示了 HClO 介导的氧化应激与肝损伤之间的时空相关性。此外,制备了便携式试纸条,用于现场快速筛查环境水和乳制品中的 HClO 残留,具有高精度。该探针还验证了其在植物组织中进行 HClO 成像以评估氧化损伤的能力。这项工作为有害物质监测、食品安全评估、植物生理研究和氧化应激相关肝脏疾病研究提供了一个多用途且可靠的平台,满足了危险材料和环境健康领域对多场景检测工具的迫切需求。