安宁，高云玲

（浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州310014）

在生产生活中，HClO/ClO-广泛应用在漂白剂、洗涤剂及饮用水消毒等方面[1-2]。HClO/ClO-过量将会产生三卤甲烷（THMs），对人类及动植物造成严重危害[3]。生物体中的HClO/ClO-主要由过氧化氢和氯离子在髓过氧化酶（MPO）催化下合成，具有强氧化性、浓度极低和存在时间极短等特点，在抵御病原体、激活转录因子和维持细胞内的氧化还原平衡等方面发挥重要作用[4]。当HClO/ClO-浓度异常时，HClO/ClO-通过诱导细胞凋亡溶酶体[5]从而导致组织损伤并进一步引发多种病变，如关节炎[6]、心血管疾病[7]、神经元变性[8]、癌症[9]和肾脏疾病[10]等。因此，急需开发可视化、实时灵敏的检测手段，实现对HClO/ClO-的原位监测和机理研究，进一步探索相关疾病及其在生产生活中的作用途径。

目前，检测HClO/ClO-的方法通常有电化学测试、色谱分析、比色分析、核磁共振和荧光探针技术等[11-16]。其中荧光探针技术凭借响应迅速、操作简单、无创检测、灵敏度和选择性高等优点，结合激光共聚焦显微镜和小动物成像仪等精密仪器，作为一种可视化及研究复杂生物环境的分析工具，在检测HClO/ClO-方面获得了广泛应用[17-25]。

1 反应型HClO/ClO-荧光探针的设计策略及反应机制

荧光探针是建立在光谱化学、光学波导等学科的基础上，将分析对象的分子信号转化为荧光信号（荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光激发与发射波长等），有效表达分子识别的一类化学响应分子[26-29]。依据荧光探针对分析对象的识别方式不同，荧光探针可分为传统型荧光探针和反应型荧光探针。传统型荧光探针常用于中性大分子及阴离子的检测，与分析对象通过非共价的相互作用（氢键、静电作用、配位作用、疏水作用和范德华力等）相结合，进而改变荧光探针的荧光信号。传统型荧光探针的识别过程在光谱变化中常表现为on-off-on或off-on-off的可逆变化。与传统型荧光探针相比，反应型荧光探针凭借不可逆性、特异性和生物正交性等优势，提高了其对分析对象的选择性和灵敏度，通过荧光探针和具有较强化学活性（亲电性、亲核性和催化活性等）的分析对象间发生特异性化学反应，引起荧光探针结构发生改变，导致化学键的断裂或者形成，从而实现对分析对象的有效检测，在临床医学和环境科学等领域拥有广阔的应用前景（图1）。

图1 传统型荧光探针与反应型荧光探针

在HClO/ClO-中含有正电荷的氯原子易与负电荷的反应位点生成氯化物，氯化物会进一步发生水解、加成、消除或氧化等反应，从而改变探针分子的光谱信号。基于分子内电荷转移（intramolecular charge transfer，ICT）[30]、荧 光 共 振 能 量 转 移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）[31]、聚集诱导发光（aggregate induced emission，AIE）[32]、跨键能量转移（through bond energy transfer，TBET）[33]和激发态分子内质子转移（excited state intramolecular proton transfer，ESIPT）[34]等识别机理，反应型HClO/ClO-荧光探针结合反应机制（碳碳双键的反应、硫族化合物的反应、醛肟基团的反应、腙/席夫碱的反应、酰肼/磺酰肼的反应、N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯的反应和苯硼酸/硼酸酯的反应），诱导荧光探针的共轭结构及电子分布等发生变化，进而达到对HClO/ClO-的特异性检测（表1和图2）。

图2 反应型荧光探针利用HClO/ClO-引发的反应（R为荧光团）

表1 反应型HClO/ClO-荧光探针的比较

2 反应型荧光探针在HClO/ClO-中的应用

2.1 基于HClO/ClO-诱导碳碳双键的反应

在邻位不饱和共轭体系中，饱和碳碳双键作为识别基团，可以延长共轭结构，使荧光发射波长红移。在HClO/ClO-氧化作用下，双键发生反应形成醛基和环氧化合物等基团，改变了探针分子的结构，导致荧光强度改变或发射波长的位移。

Liu等[35]设计合成了BODIPY基比率荧光次氯酸探针1（图3）。该探针通过引入季铵基团，赋予了探针水溶性。在PBS缓冲体系（pH=7.4）中，HClO氧化碳碳双键形成了双醛BODIPY分子，导致荧光发射蓝移62nm（629nm蓝移至567nm），红色的荧光变为橘色，检测限为31.6nmol/L。同时，探针实现了在L929细胞中对次氯酸的可视化检测。

图3 探针1识别HClO的机理[35]

Wu等[36]基于荧光共振能量转移过程，设计合成了识别线粒体内次氯酸根比率荧光探针2（图4）。苯并噻唑阳离子基团既为探针提供了水溶性，又担当着线粒体定位作用。探针2在410nm激发时，探针的非辐射能量由供体（香豆素基团）转移至受体（苯并噻唑阳离子基团），呈现受体的橙色荧光（λex=580nm）；当加入次氯酸根，C==C双键被氧化断裂生成醛基，苯并噻唑部分脱落，荧光共振能量转移过程消失，表现为探针2与ClO-结合前后荧光量子产率分别为0.85和0.014，蓝移的绿色荧光（λex=480nm）。该探针选择性好，检测限为41.8nmol/L，在RAW264.7细胞线粒体内可实现对ClO-的成像，与商用Mito Tracker Deep Red的共定位系数达到0.91。Wang等[37]以吩噻嗪-香豆素为荧光基团，制备了具有线粒体靶向定位功能的比率次氯酸根荧光探针3（图4）。在PBS（pH=7.4，10mmol/L，含1mmol/L聚乙二醇辛基苯基醚）中，随着ClO-的加入，探针的荧光量子产率由0.233增加至0.392，荧光发射峰从629nm蓝移至463nm，荧光颜色由红色变为蓝色。探针3对ClO-具有Stokes位移大（209nm）、响应迅速、检测限低等优点。此外，探针3和Mito Tracker Deep Red的共定位系数达到0.94，在RAW 264.7细胞线粒体内实现了ClO-荧光成像。

图4 探针2和3识别ClO-的机理[36-37]

Hu等[38]以苯并吲哚阳离子为线粒体定位基团，通过碳碳双键连接芘荧光团，获得了大Stokes位移（107nm）比色比率荧光探针4（图5），实现了HeLa细胞线粒体内ClO-的成像检测。随着烯烃双键（C==C）氧化裂解为1-芘甲醛，探针525nm处吸收峰消失，溶液由红色变为无色，红光变为蓝光，荧光发射峰由632nm蓝移至455nm。Zhang等[39]以吲哚阳离子为线粒体定位基团，合成了双光子off-on型比色荧光探针5（图5）。探针5对次氯酸根响应迅速，Stokes位移大（150nm），选择性好，灵敏度达到13.2nmol/L。在PBS体系（10mmol/L，pH=7.4）中，随着次氯酸根的加入，红色探针溶液不断变淡至无色，绿色荧光强度增加16.3倍（λex=365nm，λem=514nm）。探针5应用在HeLa细胞线粒体ClO-双光子荧光成像。

图5 探针4和5识别ClO-的机理[38-39]

Yan等[40]基于环氧化反应，合成了大Stokes位移（190nm）比率荧光探针6（图6），用于实时检测RAW264.7细胞产生的ClO-。探针的烯烃双键受到Cl+攻击，形成的碳正离子与电子供体（酚羟基）发生反应，生成环氧化合物。当加入7倍浓度的ClO-，探针510nm处吸收峰消失，610nm处荧光蓝移至478nm，红色荧光变为蓝光。共定位实验表明二乙胺和酚羟基形成的p-π共轭效应，抵消吡啶盐的正电荷，使探针6对溶酶体和脂滴具有较高的靶向性，而对线粒体的靶向性较差。Yang等[41]报道了一种基于七甲川菁染料的近红外比色荧光探针7（图6），实现了在自来水中检测HClO。随着探针与HClO发生环氧化反应，探针在630nm处吸收峰消失，蓝色溶液变为粉红色。Li等[42]基于丙二腈对ClO-的特异性识别，获得了双光子比率次氯酸根荧光探针8（图6）。随着ClO-浓度的增加，探针583nm荧光蓝移至499nm，并应用在活细胞粗面内质网（RER）中次氯酸盐的特异性成像及“AND型”分子逻辑门。

图6 探针6～8识别HClO/ClO-的机理[40-42]

Gao等[43]以碳碳双键为识别基团，吗啉基团为溶酶体定位基团，合成了水溶性比色淬灭型荧光探针9（图7），应用在HeLa细胞溶酶体内ClO-的荧光成像。次氯酸钠中的Cl+进攻碳碳双键，导致吡咯和苯并噻唑具有推拉作用的共轭体系遭到破坏，引起绿色荧光消失，荧光量子产率由0.28降低至0.05，颜色由黄色变为无色（λex=465nm，λem=520nm）。

图7 探针9识别ClO-的机理[43]

2.2 基于HClO/ClO-诱导硫族化合物（S、Se和Te）的反应

含硫族化合物（S、Se和Te）的荧光探针易被HClO/ClO-氧化生成相应的氧化物，引起荧光或紫外可见光谱信号的变化。基于扭转的分子内电荷转移、聚集诱导发光、激发态分子内质子转移、分子内电荷转移和光致电子转移等识别机理，含硫族元素的荧光探针广泛应用于检测次氯酸盐。

Vedamalai等[44]基于分子内电荷转移，合成了turn-on型近红外比色荧光探针10（图8），应用在RAW264.7细胞ClO-的荧光成像。ClO-通过氧化硫原子强化吩噻嗪基团与BODIPY形成具有推拉作用的共轭体系，使荧光量子产率由0.003增强至0.216，探针634nm处吸收峰蓝移至587nm，蓝色溶液变为紫色并发出红色荧光。Wang等[45]结合扭转的分子内电荷转移，制备了吩噻嗪-BODIPY基近红外比色比率荧光探针11（图8），应用在HepG2细胞实现双通道ClO-荧光成像。在乙腈/PBS体系中，吩噻嗪基团与共轭平面发生扭转，抑制探针荧光。随着硫原子在吩噻嗪基团中氧化为亚砜结构，荧光量子产率由0.01增加至0.28，蓝色溶液变为紫色，探针发出红光并对ClO-具有优异的紫外吸收（A578/A640）和荧光吸收（I599/I660）。此外，探针11的响应速度（10s）远快于探针10，而探针10的检测限（4.1nmol/L）低于探针11。

图8 探针10和11识别ClO-的机理[44-45]

Song等[46]报道了大Stokes位移（168nm）双功能吩噻嗪基比色荧光探针12（图9）。硫原子被ClO-氧化为亚砜结构，淡黄色探针溶液逐渐变淡至无色，同时黄绿色荧光变为青色，荧光量子产率由0.051增加至0.074。在水相/丙酮中，随着水相质量分数（0～25%）增加，吸电子基团（醛基）绕单键扭转，引发扭转的分子内电荷转移，抑制探针荧光。探针12成功应用在PC12细胞中实现ClO-荧光成像和商业产品中检测水含量。

图9 探针12识别ClO-的机理[46]

Jin等[47]以硫醚基团为识别基团，获得了BODIPY基水溶性荧光探针13（图10），并在HeLa细胞中实现了次氯酸的荧光成像。2-甲基吡啶盐有效提高了探针的水溶性。探针的甲基巯基苯氧基作为硼原子上的反应中心，取代氟原子，引发光诱导电子转移效应，进而淬灭探针荧光。向PBS缓冲溶液（pH=7.4）中加入次氯酸，硫醚基团被氧化形成亚砜结构，阻断了光诱导电子转移过程，探针524nm处吸收峰红移至537nm，荧光发射波长由545nm红移至562nm，荧光量子产率由0.0013增强至0.22，发出绿色荧光。

图10 探针13识别HClO的机理[47]

Choi等[48]基于硒化物易被次氯酸盐氧化为硒氧化物[49-51]，制备了硒醚修饰的荧光素基turn-on型比色荧光探针14（图11），用于测定自来水中次氯酸盐。硒化物到荧光素母体的光致电子转移抑制探针荧光。随着探针被ClO-氧化为硒氧化物，光致电子转移过程消失，表现为粉红色探针溶液变成浅黄色并发出绿色荧光（λex=500nm，λem=519nm）。

图11 探针14识别ClO-的机理[48]

Shi等[52]依据碲化物易被次氯酸根氧化为碲氧化物，合成了BODIPY基off-on型荧光探针15（图12），通过共聚焦荧光显微镜对RAW 264.7细胞中的次氯酸根进行荧光成像。碲原子具有孤对电子并存在由二苯基碲化物到BODIPY染料的光致电子转移，导致荧光淬灭。当碲原子被ClO-氧化，探针中止光致电子转移过程，荧光量子产率由0.02增强至0.32并发出绿色荧光（λex=470nm，λem=515nm）。

图12 探针15识别ClO-的机理[52]

2.3 基于HClO/ClO-诱导醛肟基团的反应

醛肟基团是醛基的保护基团，可以作为HClO/ClO-的识别基团。基于探针结构和HClO/ClO-用量不同，HClO/ClO-可以将醛肟基团氧化为相应的醛、羧酸或腈氧化物。

Gao等[53]结合醛肟基团合成了aza-BODIPY基近红外次氯酸根荧光探针16（图13），实现了RAW264.7细胞内HClO的荧光成像。探针16本身是无荧光的，经HClO氧化为腈氧化物，引起探针的荧光发射光谱峰位由660nm红移至667nm，荧光量子产率由0.0012增加至0.0094，发出强烈的红色荧光信号。Xu等[54]引入醛肟基团，以吡啶三苯胺和BODIPY为荧光团，制备了比色次氯酸根荧光探针17（图13）。醛肟基团被HClO氧化为醛基，紫色探针溶液变为绿色，荧光量子产率由0.02增加至0.43，荧光强度增加20倍并发出黄色荧光（λex=450nm，λem=520nm）。此外，该探针成功应用在自来水中检测次氯酸。

图13 探针16和17识别HClO的机理[53-54]

Hu等[55]设计合成了香豆素基比色荧光探针18（图14），应用在A549细胞中成像ClO-。随着次氯酸根将醛肟基团氧化为腈氧化物，探针的荧光发射波长由506nm蓝移至465nm，绿光变为蓝光，黄色溶液变成无色。Han等[56]报道了高灵敏度（8.3nmol/L）香豆素基水溶性荧光探针19（图14）用于检测RAW264.7细胞和水溶液中的ClO-。醛肟基团被次氯酸根氧化为醛基，荧光量子产率由0.07增至0.55，探针发出蓝色荧光（λex=358nm，λem=460nm）。

图14 探针18和19识别ClO-的机理[55-56]

Li等[57]合成了两种检测线粒体内ClO-的咔唑基双光子荧光探针20和21（图15）。吡啶阳离子基团既发挥线粒体定位功能，又增加探针的水溶性。随着醛肟基团变为腈氧化物，探针20的荧光强度增加14.1倍并发出黄色荧光（λex=422nm，λem=546nm）。探针20对次氯酸根具有Stokes位移大（130nm）、响应迅速、选择性好的优势。同时，探针20应用在CHO细胞线粒体内ClO-双光子荧光成像，与线粒体染料（mitotracker red FM）的共定位系数为0.9。Guo等[58]获得了萘二甲酰亚胺基荧光探针22（图15），应用在小鼠单核巨噬细胞中成像内源性ClO-。探针22对ClO-的Stokes位移大（75nm），选择性好。探针与ClO-反应后，探针吸收峰从465nm蓝移至435nm，荧光量子产率由0.006增加至0.389，无色荧光变为绿光（λex=370nm，λem=510nm）。另外，探针22的响应速度（3s）远快于探针20及21，探针22的检测限（2.88nmol/L）也低于探针20及21。探针20及21应用在线粒体内检测ClO-，而探针22无法实现在细胞器中检测ClO-。

图15 探针20～22识别ClO-的机理[57-58]

2.4 基于HClO/ClO-诱导腙/席夫碱的反应

腙基易被ClO-氧化，因此含有腙基修饰的荧光探针可用于识别次氯酸根。二氨基马来腈（DAMN）作为ClO-特异性反应官能团，当加入次氯酸根，DAMN部分脱落，改变探针的共轭体系，从而引起光谱性质改变[59-64]。

Li等[65]基于C==N异构化抑制探针荧光，制备了BODIPY基比色次氯酸根荧光探针23（图16）。ClO-氧化2,4-二硝基苯基腙形成单醛BODIPY分子，导致探针吸收峰由543nm蓝移至505nm，荧光量子产率由0.059增强至0.56，粉红色溶液变为橙色，发出绿色荧光（λex=470nm，λem=515nm）。此外，探针23应用在HeLa细胞中ClO-的荧光成像和自来水中检测ClO-。类似地，Tang等[66]以2,4-二硝基苯基腙为识别基团，合成了turn-on型荧光探针24（图16），应用在RAMOS细胞中ClO-的检测。当加入10倍浓度的次氯酸钠，探针的C==N键氧化为醛基，氰联苯荧光团释放出来，无色荧光变为绿光（λex=420nm，λem=528nm）。

图16 探针23和24识别ClO-的机理[65-66]

Zhao等[67]以菲并咪唑为荧光团，合成了高灵敏度（14nmol/L）荧光探针25（图17），实现了HeLa细胞外源性ClO-的荧光成像。ClO-氧化C==N键为醛基，导致DAMN基团脱落，探针发出蓝光（λex=340nm，λem=410nm）。Tang等[68]制备了比率次氯酸根荧光探针26（图17）。向HEPES（50mmol/L，pH=7.4）中加入10倍浓度的次氯酸钠，荧光发射波长蓝移107nm（由607nm蓝移至500nm），荧光量子产率由0.166增加至0.186，荧光颜色由红色变为绿色。探针26在RAMOS细胞内对ClO-实现了荧光成像以及在水体中检测ClO-。Li等[69]以DAMN为识别基团，以萘酰亚胺衍生物为荧光团，获得了次氯酸根荧光探针27（图17）。DAMN基团引发分子内电荷转移，抑制探针荧光。当加入次氯酸钠，随着DAMN基团离去，探针的分子内电荷转移过程消失，发出蓝色荧光（λex=365nm，λem=440nm）。此外，探针27实现了在RAW 264.7细胞中成像ClO-。

图17 探针25～27的分子结构[67-69]

2.5 基于HClO/ClO-诱导酰肼/磺酰肼的反应

类似于硫族化合物，酰肼/磺酰肼中的氮原子发挥着活性中心的作用。酰肼/磺酰肼与HClO/ClO-反应形成醛基和羧酸等基团，引起探针结构发生改变，诱导荧光信号改变。

Gao等[70]以苯磺酰肼为识别基团，合成了aza-BODIPY基近红外荧光探针28（图18），实现了小鼠单核巨噬细胞中进行内源性和外源性次氯酸荧光成像。当C==N双键被次氯酸氧化断裂为醛基，随着苯磺酰肼基团脱落，探针的荧光量子产率由0.0045增强至0.073，648nm处荧光增强且发出红色荧光。

图18 探针28识别HClO的机理[70]

He等[71]以2-羟基苯甲酰肼为识别基团，制备了基于分子内电荷转移的比色比率香豆素基荧光探针29（图19），应用在MRC-5细胞和斑马鱼细胞中对ClO-的可视化检测。香豆素荧光团通过π键连接2-羟基苯甲酰肼，形成推拉作用的共轭体系。当ClO-破坏共轭体系，随着2-羟基苯甲酰肼脱落，探针532nm荧光蓝移至470nm，绿光变为蓝光，颜色也由黄色变为无色。Tang等[72]以喹唑啉酮衍生物为荧光团，获得了检测RAMOS细胞中ClO-的高灵敏度（11.4nmol/L）比色荧光探针30（图19）。向乙醇/PBS体系中加入3倍浓度的ClO-，荧光发射波长由560nm蓝移至520nm，溶液颜色由无色变为黄色，粉色荧光变为蓝光。Cho等[73]以4-甲基苯磺酰肼为识别基团，合成了荧光探针31（图19），应用在检测自来水中的次氯酸根。探针与次氯酸根反应，诱导酰肼基团氧化水解，释放2-乙酰基-6-甲氧基萘荧光团，绿色荧光强度增加76倍（λex=310nm，λem=443nm），检测限为20nmol/L。

图19 探针29～31的分子结构[71-73]

Liu等[74]通过碳氮双键连接铱配合物，合成了turn-on型荧光探针32（图20），应用在HeLa细胞中检测次氯酸盐。该探针通过引入铱配合物[75-82]，赋予探针良好的光物理性能。Ir(Ш)中心向4-甲基苯磺酰肼存在的光诱导电子转移（PET）抑制探针荧光。次氯酸根引发氧化反应，使4-甲基苯磺酰肼脱落，诱导探针发出黄色荧光（λex=360nm，λem=574nm），荧光量子产率由0.05增至0.19。Yi等[83]利用异烟肼修饰铱配合物，获得了检测线粒体内次氯酸根的探针33（图20）。当加入30倍浓度的次氯酸钠，随着异烟肼基团氧化为羧酸，探针592nm处荧光增加100倍，发出橙色荧光。探针33在4T1细胞线粒体内对ClO-进行荧光成像，与商用线粒体染料（MTG）共定位系数为0.83。另外，探针32对ClO-的响应速度（15s）快于探针33，探针33的检测限（20.5nmol/L）低于探针32。

图20 探针32和33识别ClO-的机理[74,83]

2.6 基于HClO/ClO-诱导N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯的反应

作为HClO/ClO-识别受体的N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯（DMTC）可经过反应生成酚羟基[84]。受到这种反应的启发，实现对HClO/ClO-的高特异性和超灵敏度检测。

Liu等[85]以N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯（DMTC）为识别基团，获得了大Stokes位移（140nm）近红外荧光探针34（图21），实现在RAW264.7细胞中ClO-的可视化检测。探针与次氯酸钠反应后，DMTC与ClO-反应生成氧负离子。由于酚羟基是一个强烈的给电子体，使分子内电荷转移增强，探针吸收波长红移（463nm红移至555nm），发出红色荧光（λex=545nm，λem=685nm）。

图21 探针34识别ClO-的机理[85]

Shi等[86]合成了识别溶酶体内次氯酸的香豆素基荧光探针35（图22）。吗啉基团既是溶酶体定位基团，又是氢离子结合位点。探针35对HClO灵敏度高（24.3nmol/L）、选择性好、响应迅速（＜5s）。随着次氯酸的加入，N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯经裂解生成酚羟基，荧光量子产率由0.001增至0.22。在酸性条件下，由于酚羟基和吗啉基团的质子化，探针发出蓝色荧光，吸收波长由345nm红移至405nm。探针35与LysoTracker Deep Red的共定位系数为0.914，在HeLa细胞溶酶体内实现HClO荧光成像。Liu等[87]设计合成了大Stokes位移（约115nm）次氯酸荧光探针36（图22）。当次氯酸存在时，随着N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯脱落，探针荧光强度增加227倍，荧光量子产率由0.028增至0.371，发出蓝色荧光（λex=400nm，λem=505nm）。该探针灵敏度高（3.3nmol/L）、响应迅速（＜5s）、水溶性好，在RAW264.7细胞和斑马鱼细胞中成像HClO。Liu等[88]以N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯为识别基团，获得了双光子近红外次氯酸荧光探针37（图22），应用到发炎小鼠细胞中HClO的双光子荧光成像。探针与次氯酸反应后，探针溶液发出红色荧光（λex=550nm，λem=603nm）。此外，探针37的检测限（0.9nmol/L）远低于探针35和36，但探针37的响应速度（60s）慢于探针35及36。

图22 探针35～37的分子结构[86-88]

Du等[89]以香豆素和萘二甲酰亚胺为荧光团，以N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯和硼酸酯为识别基团，首次设计合成了双位点识别ClO-和H2O2荧光探针38（图23）。N,N-二甲基硫代氨基甲酸酯为ClO-识别基团，硼酸酯为H2O2识别。探针38对3种反应（ClO-、H2O2和ClO-+H2O2）具有较高的灵敏度（ClO-：LOD=28.2nmol/L；H2O2：LOD=64.6nmol/L）和选择性，可应用于HeLa细胞中ClO-和H2O2的检测。

图23 探针38识别ClO-/H2O2的机理[89]

2.7 基于HClO/ClO-诱导苯硼酸/硼酸酯的反应

基于分子内电荷转移，次氯酸根和苯硼酸/硼酸酯反应形成供电子性能较强的酚羟基，诱导HOMO-LUMO能级差改变，导致探针的光物理性质发生变化。

Wang等[90]以苯硼酸为识别基团，合成了水溶性比色荧光探针39（图24），应用在试纸中检测次氯酸根。随着次氯酸根的加入，探针39的吸电子基团（—BOH2）反应生成给电子基团（—OH），探针的供电子能力增强，导致吸收光谱和发射光谱红移，浅绿色溶液变成橙色。双氰基异佛尔酮（DSP）衍生物具备发射波长长[91]、Stokes位移大等优点。基于此，Lan等[92]以双氰基异佛尔酮衍生物为荧光团，合成了大Stokes位移（160nm）近红外比率荧光探针40（图24），实现了斑马鱼细胞内对ClO-的可视化检测。随着苯硼酸反应转化为酚羟基，分子内电荷转移增强，探针422nm吸收峰红移至490nm，荧光量子产率由0.019增加至0.066，黄色溶液变为红色，荧光发射波长红移70nm（由582nm红移至652nm）并发出红色荧光。

图24 探针39和40识别ClO-的机理[90,92]

Shu等[93]以硼酸酯为识别基团，设计合成了近红外比色荧光探针41（图25），应用在RAW264.7细胞中对ClO-进行识别成像。在PBS中，随着次氯酸根将硼酸酯转化为酚羟基，探针吸收峰红移54nm（406nm红移至460nm），淡黄色溶液变成红色，发出红色荧光（λex=560nm，λem=610nm）。

图25 探针41识别ClO-的机理[93]

3 结语

近年来，反应型荧光探针在检测HClO/ClO-方面取得了重要进展，但设计和应用仍面临巨大挑战。例如，大多数反应型荧光探针对细胞内HClO/ClO-的检测是PMA（佛波酯）和LPS（酯多糖）长时间诱导下实现的，并且仅有少量反应型荧光探针实现在细胞器中靶向检测HClO/ClO-，此外用于活体检测HClO/ClO-的反应型荧光探针实例仍然较少。反应型HClO/ClO-荧光探针将朝着以下几个方面发展：①设计对HClO/ClO-具有优异选择性和灵敏度的识别基团，同时通过结构修饰改善反应型HClO/ClO-荧光探针的水溶性；②拓展反应型HClO/ClO-荧光探针的激发发射波长到近红外区，以降低或消除背景荧光的影响；③研究turn-on型、turn-off型和比率型HClO/ClO-荧光探针的激活性响应，并且探索HClO/ClO-在生理条件下的氧化还原机理。

随着对反应型HClO/ClO-荧光探针研究的不断深入，反应型HClO/ClO-荧光探针有望在环境科学、生物成像以及疾病诊断等领域得到进一步应用与发展。