呋喃修饰的ClO?探针具有典型的荧光响应特性、较高的信噪比以及良好的反应性，适用于食品样品、试纸条、活细胞和斑马鱼的研究

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Furan-modulated ClO? probe with typical turn-on fluorescence response, high signal-to-noise ratio and reactivity for applications in food samples, test strips, live cells and zebrafish

　　本研究通过引入苯环和呋喃基团，合成三种基于聚集诱导发光（AIE）的ClO?荧光探针。探针C具有高特异性、低检测限（0.16 μM）和快速响应（4分钟），并成功应用于食品检测和活体成像。

　　氯气阴离子（ClO?）作为一种具有强氧化性和抗菌作用的活性物质，在食品加工和生命活动中扮演着重要角色。近年来，氯气阴离子荧光探针因其高灵敏度、强特异性以及能够实现非侵入性实时成像的能力，成为研究的热点。然而，现有的研究在提升其检测性能方面仍存在一定的局限性，尤其是在信号与噪声比（S/N）、响应时间和检测灵敏度方面。本文通过引入具有不同电负性的苯环和呋喃基团，设计并合成出三种基于聚集诱导发光（AIE）效应的氯气阴离子荧光探针，其中以C=N键作为反应位点。这些探针在检测性能和实际应用中表现出显著的优势，为氯气阴离子的检测和生物成像提供了新的思路。

氯气阴离子广泛应用于食品加工领域，因其能够有效杀灭细菌、抑制微生物生长，从而保障食品的安全性。然而，过量残留的氯气阴离子可能对人类健康造成威胁，例如刺激消化系统黏膜，引发如疼痛、恶心、呕吐和腹泻等症状。此外，体内由髓过氧化物酶催化氯离子和过氧化氢反应生成的氯气阴离子，也参与多种生命活动，包括免疫反应和细胞信号传递。研究表明，氯气阴离子水平的异常变化与多种氧化应激相关疾病密切相关，如阿尔茨海默病、关节炎、动脉粥样硬化、肾病、心血管疾病和癌症等。因此，建立高效的氯气阴离子检测技术，不仅有助于深入理解其在生命活动中的作用，还能进一步提升食品安全保障水平。

近年来，针对氯气阴离子的检测方法不断涌现，包括比色法、荧光法、电化学法和高效液相色谱法（HPLC）等。其中，荧光探针因其具有良好的灵敏度、特异性以及操作简便等优点，受到研究者的广泛关注。尤其是荧光探针能够通过非侵入性方式实现细胞和生物体的实时成像，这使其在生物医学研究中具有重要价值。因此，大量基于荧光染料如荧光素、罗丹明、香豆素和咔唑的氯气阴离子探针被开发出来。然而，这些探针大多具有平面分子结构，容易在高浓度或聚集状态下导致荧光减弱甚至淬灭，这种由π-π堆积引起的不良聚集导致淬灭（ACQ）效应，限制了其在实际应用中的性能。

为了克服上述问题，研究人员开始探索具有非平面结构的荧光探针，例如以四苯基乙烯（TPE）为代表的荧光材料。这些材料在聚集状态下能够表现出典型的聚集诱导发光（AIE）效应，使其在接近纯水环境的检测系统和生物体内具有良好的应用前景。尽管这些探针的水溶性较差，但其独特的发光特性弥补了这一缺陷，使其成为研究的重点。

基于氯气阴离子的强氧化性以及其与C=N键的明确反应机制，近年来许多荧光探针被设计并合成。这些探针通常包含C=N键作为反应位点，当氯气阴离子攻击并断裂该键时，会导致分子结构的变化，从而影响其自身的分子内电荷转移（ICT）效应，最终引发荧光的变化。虽然已有大量研究基于这一机制进行探针的设计，但关于分子结构与检测性能之间关系的研究仍显不足。此外，尽管部分探针在检测性能和实际应用中表现良好，但在信号与噪声比、响应时间和检测灵敏度方面仍有提升空间。

例如，Li和Wu等人报道的OPD和HB-ClO探针，虽然具有一定的检测能力，但其信号与噪声比仅为约18.5倍，响应时间长达40分钟，这在实际应用中可能影响检测效率。而Zhao等人开发的MB-NAP探针，虽然响应时间较短，仅为75秒，但其检测限（LOD）却高达2.15 μM，这可能限制了其在实际检测中的灵敏度。因此，如何进一步优化这些探针的性能，使其在信号与噪声比、响应时间和检测灵敏度等方面达到更高的水平，成为当前研究的重要方向。

在本研究中，首先以TPE荧光基团和具有电子吸引能力的二氨基马来腈（DAMN）为原料，构建了首个基于C=N键的氯气阴离子探针，命名为Probe A。随后，通过在C=N键相邻位置引入具有不同电负性的苯环和呋喃基团，分别设计并合成了两种新型探针，即Probe B和Probe C。实验结果显示，Probe B与Probe A类似，仍然保持了较高的荧光响应，但其信号与噪声比相对较低。相比之下，具有更强电子供体能力的呋喃基团显著提升了Probe C的荧光响应性能，使其在接触氯气阴离子后表现出典型的“关-开”荧光响应，信号与噪声比高达58.26倍，检测限（LOD）低至0.16 μM。此外，Probe C相较于Probe A和Probe B，表现出更高的反应活性，反应平衡可在4分钟内达到，这可能归因于其反应位点周围电子云密度的增加。

从理论计算的角度来看，引入不同电负性的苯环和呋喃基团对探针的荧光性能产生了显著影响。苯环的电子吸引能力相对较强，而呋喃环的电子供体能力则更为显著。这两种基团的引入不仅改变了探针的分子结构，还对荧光探针的发光效率和检测灵敏度产生了积极作用。其中，呋喃基团的引入使Probe C在接触氯气阴离子后能够显著增强荧光信号，同时降低背景荧光，从而提升了其检测性能。而苯环的引入则有助于Probe B保持较高的荧光响应，但其信号与噪声比相对较低。

在实际应用中，Probe C表现出良好的检测性能和生物相容性，成功应用于食品样品中氯气阴离子的准确检测。此外，该探针在试纸条上的肉眼识别、活细胞成像和斑马鱼成像中也表现出令人满意的性能。这些结果表明，Probe C不仅具有较高的特异性和光稳定性，还能够在复杂的生物体系中实现高效的检测。因此，该探针在食品安全检测和生物医学研究中具有重要的应用价值。

从实验设计的角度来看，本文通过系统性的分子结构优化，成功开发出具有高灵敏度和快速响应的氯气阴离子荧光探针。在合成过程中，采用了多种化学试剂和仪器设备，例如Agilent 1290-6545XT和Bruker Avance 400等高精度分析设备，以确保探针的结构和性能符合预期。此外，通过引入具有不同电负性的苯环和呋喃基团，不仅优化了探针的荧光响应特性，还提升了其在实际检测中的适用性。

在生物医学研究中，氯气阴离子的检测不仅有助于理解其在生命活动中的作用，还能为相关疾病的诊断和治疗提供依据。例如，氯气阴离子水平的异常变化可能与多种氧化应激相关疾病密切相关，如阿尔茨海默病、关节炎、动脉粥样硬化、肾病、心血管疾病和癌症等。因此，开发出高灵敏度、高特异性和高光稳定性的氯气阴离子荧光探针，对于这些疾病的早期诊断和研究具有重要意义。此外，探针在试纸条上的肉眼识别能力，使其在食品加工和安全检测中具有实际应用价值，无需复杂的仪器设备即可实现快速、准确的检测。

在活细胞和斑马鱼成像实验中，Probe C表现出良好的荧光特性和生物相容性，能够在细胞内和生物体内实现清晰的成像效果。这不仅有助于研究氯气阴离子在细胞内的分布和动态变化，还能为生物医学研究提供新的工具。例如，在细胞成像中，可以观察到氯气阴离子对细胞结构和功能的影响，从而为相关疾病的机制研究提供依据。而在斑马鱼成像中，可以研究氯气阴离子在生物体内的代谢和分布，为食品安全评估和生物医学研究提供更全面的数据支持。

从研究方法的角度来看，本文通过系统性的分子结构设计和优化，成功开发出具有高灵敏度和快速响应的氯气阴离子荧光探针。在合成过程中，采用了多种化学试剂和仪器设备，以确保探针的结构和性能符合预期。此外，通过引入具有不同电负性的苯环和呋喃基团，不仅优化了探针的荧光响应特性，还提升了其在实际检测中的适用性。在实验验证过程中，采用了多种检测手段，包括比色法、荧光法、电化学法和高效液相色谱法等，以全面评估探针的性能。

从实际应用的角度来看，氯气阴离子荧光探针在食品加工和食品安全检测中具有重要价值。例如，在食品加工过程中，氯气阴离子常用于消毒和杀菌，但其残留可能对食品质量和人体健康产生影响。因此，开发出高灵敏度、高特异性和高光稳定性的氯气阴离子探针，有助于实现对食品中氯气阴离子残留的准确检测，从而保障食品安全。此外，探针在试纸条上的肉眼识别能力，使其在实际检测中更加便捷，无需复杂的仪器设备即可实现快速、准确的检测。

在生物医学研究中，氯气阴离子的检测不仅有助于理解其在生命活动中的作用，还能为相关疾病的诊断和治疗提供依据。例如，氯气阴离子水平的异常变化可能与多种氧化应激相关疾病密切相关，如阿尔茨海默病、关节炎、动脉粥样硬化、肾病、心血管疾病和癌症等。因此，开发出高灵敏度、高特异性和高光学稳定性的新一代氯气阴离子荧光探针，对于这些疾病的早期诊断和研究具有重要意义。此外，探针在活细胞和斑马鱼成像中的应用，也为研究氯气阴离子在生物体内的分布和代谢提供了新的工具。

在本研究中，通过引入不同电负性的苯环和呋喃基团，成功设计并合成了三种基于AIE效应的氯气阴离子荧光探针。其中，Probe C在接触氯气阴离子后表现出典型的“关-开”荧光响应，信号与噪声比高达58.26倍，检测限低至0.16 μM。这一结果表明，Probe C在检测性能方面具有显著优势，能够实现对氯气阴离子的高灵敏度检测。此外，Probe C在反应平衡时间方面也表现出较快的响应速度，可在4分钟内达到反应平衡，这可能归因于其反应位点周围电子云密度的增加。

在实验设计和验证过程中，本文采用了多种方法和手段，以确保探针的性能符合预期。例如，在合成过程中，采用了高精度的分析设备，如HRMS、1H NMR和13C NMR，以确保探针的结构和纯度。在检测过程中，采用了多种检测手段，包括比色法、荧光法、电化学法和高效液相色谱法等，以全面评估探针的性能。此外，通过试纸条上的肉眼识别实验，验证了探针在实际检测中的适用性，而活细胞和斑马鱼成像实验则进一步展示了探针在生物医学研究中的应用潜力。

综上所述，本文通过引入不同电负性的苯环和呋喃基团，成功设计并合成了三种基于AIE效应的氯气阴离子荧光探针。其中，Probe C在检测性能方面表现出显著优势，能够实现对氯气阴离子的高灵敏度检测，同时具备良好的反应活性和光稳定性。这些结果不仅为氯气阴离子的检测提供了新的工具，也为食品安全评估和生物医学研究提供了重要的支持。未来，随着研究的深入，这些探针在实际应用中的性能有望进一步提升，为相关领域的研究和应用提供更广阔的空间。