一种比率型降新樟脑基荧光探针用于高灵敏检测次氯酸盐（ClO?）及其在活体生物系统中的应用

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：A ratiometric nopinyl-derived fluorescent probe for detecting hypochlorite (ClO?) with high sensitivity and its application in living biological systems

　　

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  合成了一种基于诺蒺龙酮的比例型荧光探针，用于检测次氯酸盐。
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  对探针的光学性质和检测性能进行了全面研究。
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  该基于诺蒺龙基团的化学传感器表现出优异的检测能力，并应用于生物成像。

引言

次氯酸盐（ClO^?）是生物系统中一种重要的活性氧物种（ROS），由白细胞内源性产生。该生物合成过程依赖于髓过氧化物酶催化的过氧化氢与氯离子之间的过氧化物酶反应 [1], [2], [3]。在生理条件下，ClO^?参与多种核心生物事件，包括细胞分化、细胞迁移和先天免疫防御 [4], [5]。然而，次氯酸盐的异常水平可导致多种疾病，如组织损伤、动脉粥样硬化，甚至癌症 [6], [7]。因此，精确检测次氯酸盐对于理解其生理和病理功能具有重要意义。

传统的次氯酸盐检测方法，包括原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法和激光诱导击穿光谱法 [8], [9], [10], [11]，存在成本高昂、需要专业操作经验以及缺乏便携性等局限性。近年来，荧光探针因其高灵敏度、高选择性和无创性而成为一种强有力的替代方案，特别是在生物和环境样品检测中 [12], [13]。

多年来，已设计开发了多种用于ClO^?检测的荧光探针 [14], [15]。例如，一些探针基于酰肼的氧化水解反应。在一项研究中 [16]，所开发的探针同时含有CN和肼基团，对次氯酸盐表现出高灵敏度和高选择性。与次氯酸盐反应时，其荧光强度显著增强，检测限可达7.3 nM。另一种探针基于苯腙基团通过光诱导电子转移（PET）过程对芘荧光团产生强猝灭效应 [17]。它选择性地与次氯酸盐反应，伴随42.6倍的荧光增强。一些探针还可以检测次氯酸盐并具备附加功能。一种基于罗丹明的探针可以同时检测铜离子和次氯酸盐 [18]。在次氯酸盐存在下，它发生氧化和水解反应，生成开环的罗丹明B，导致荧光增强。一种基于FRET的化学传感器具有大的斯托克斯位移和长寿命发射 [19]。该系统中的供体有两个激发峰，在460 nm处激发时，可以减少直接激发受体发射的干扰，提高对次氯酸盐检测的灵敏度。

然而，次氯酸盐荧光探针的开发仍面临挑战 [20]。许多探针灵敏度不足，无法检测到生物系统中次氯酸盐的基线浓度。此外，大多数现有探针不具备双发射峰，无法实现ClO^?的比例型检测 [21]。这些缺点限制了荧光探针在次氯酸盐检测中的进一步应用 [22]。

为了解决上述问题，本文开发了一种基于诺蒺龙酮的新型比例型荧光探针NPBM，用于在生物系统中灵敏、选择性地检测ClO^?。诺蒺龙酮衍生物已被证明是一种优异的荧光团支架，并应用于多种分析物的检测，这得益于其天然产物特性、良好的生物相容性、可修饰性和出色的光化学性质。探针NPBM经过四步反应精心设计并合成，并通过HRMS和¹H NMR进行了表征。重要的是，NPBM可以在pH 4–10范围内，在15分钟内灵敏、选择性地检测微摩尔级别的次氯酸盐。当向探针溶液（PBS/DMSO = 9/1，v/v，10 mM，pH = 7.4）中加入次氯酸盐后，NPBM溶液的颜色从黄色变为青色，同时探针溶液的最大荧光发射波长也从460 nm转变为375 nm。通过UV–vis和HRMS光谱充分证明了NPBM对ClO^?的传感机制。此外，NPBM成功应用于活HeLa细胞和斑马鱼的生物成像中追踪ClO^?，展示了其在生物系统中的出色实际检测能力。

章节摘要

化学试剂和仪器

所有化学试剂均购自商业供应商（阿拉丁、天茂和马肯林），直接使用，未经额外纯化。所有有机溶剂在使用前均通过标准程序干燥和纯化，所有光物理光谱测量均采用HPLC级溶剂。整个实验过程中使用双蒸去离子水。

所有合成反应均在磁力搅拌器上搅拌进行，反应进程通过

探针NPBM的设计与合成

根据先前的研究 [23], [24]，基于诺蒺龙基吡唑结构的荧光探针显示出良好的荧光性能，具有较长的发射波长和较高的荧光量子产率、低毒性和良好的生物相容性。因此，将诺蒺龙基吡唑结构作为探针NPBM的荧光团。同时，将双氰乙烯基团引入探针分子中作为识别基团。联苯结构作为

结论

总之，基于诺蒺龙酮（β-蒎烯的天然可再生衍生物）合理构建了一种新型针对次氯酸盐（ClO^?）的比例型荧光探针NPBM。NPBM具有82 nm的大斯托克斯位移，在90%水溶液中与ClO^?反应后显示出从460 nm到375 nm的明显比例型发射位移。该探针集成了多种有利的传感特性，包括15分钟内的快速响应、低检测限（0.266 μM）和广泛的适用pH

CRediT作者贡献声明

李明鑫：撰写–初稿，资金获取，概念构思。周磊：调查研究，形式分析。黄昊：形式分析，数据整理。王学远：调查研究。康晓蒙：调查研究。金党钦：方法学。Irfan Purnawan：软件，方法学。Nurul Hidayati Fithriyah：软件。徐勤：项目管理，资金获取，撰写–审阅与编辑。王士发：撰写–审阅与编辑，项目管理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到扬州科技计划项目（YZ2025095、YZ2023139、YZ2023211）和2025年度扬州市校地合作项目（YZ2025219）的资助。

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