分享一篇发表在JACS上的文章，通讯作者是华东理工大学化学与分子工程学院的赵春常教授，他们课题组的研究方向是新型有机功能分子材料的设计合成及应用研究。这篇文章中他们设计了一种能通过分子间聚集增强响应的H2S探针，能在活体内对富含H2S的肿瘤进行成像。
H2S含量的上升与许多癌症的发展密切相关，此前也有多种响应H2S含量的荧光探针被报道，但目前的荧光探针大都基于高疏水性的荧光基团，它们在水溶液中倾向于形成聚集体并沉淀，从而造成对待测物的响应能力下降，这一特性大大限制了这些荧光探针在活体内以及临床诊断上的应用。因此，作者希望能开发一种在水溶液中自发形成单分散纳米粒子的荧光探针，并能在聚集后对待测物有更高的响应能力。
基于这种设想，他们合成了两种新型的探针(1和2)，将氯代BODIPY和N-乙基吡啶通过碳碳双键进行连接。他们发现随着溶液中含水百分比的上升，两种探针在加入NaHS后的发射光强度及位移变化均明显上升。其中对于探针1，将含水百分比从50%提高到100%的过程中速率常数提高了近三倍，通过动态光散射对堆积形成的纳米粒子进行研究发现，在含水量大于70%后有明显的纳米粒子生成，并且达到100%后，荧光强度与硫化氢的浓度有很好的线性相关性，最低检出限可达60nM。对于探针2，除了随着含水百分比上升导致的吸收峰位移外，在744nm处还出现了全新的吸收峰，表明探针2同时还具有光声成像的性质。随着体系中硫化氢浓度的上升，这种光声信号的强度可以产生高达13倍的变化，且不受GSH，Cys等其它巯基物质的干扰，检出限可达760nM。
作者把这种由于分子间聚集导致荧光信号增强的性质归因于带有正电荷的堆积物造成了局部区域HS-浓度的上升，从而促进了芳香亲核取代反应的发生，为了验证这一点，他们制备了将荧光分子包封入1/2-SDS，1/2-CTAB，1/2-PEG的聚合物中，并发现由于外层电荷的不同，SDS和PEG包封的纳米粒子对硫化氢的响应能力明显下降，而CTAB这种正电荷的包封粒子对硫化氢仍然具有较高的响应效果。除此之外他们还合成了吡啶上不带正电荷的探针类似物，发现此时随着溶剂中含水量的上升不再有荧光信号增强的现象。
由于这种探针独特的在水溶液中的光学表现，他们将探针1用于小鼠体内肿瘤的成像中，通过分别在小鼠体内植入富含硫化氢的HCT116肿瘤和硫化氢含量较低的HepG2肿瘤，发现探针对HCT116肿瘤在1min后能够产生明显的近红外荧光信号，而HepG2由于硫化氢含量低，因此信号强度呈现缓慢上升的趋势。
总之，这篇文章设计并开发了首例在聚集后造成荧光信号增强的分子探针，解决了传统高疏水性探针容易聚集造成响应减弱的问题，有望应用于活体成像及临床诊断。
本文作者：LDY
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06533
原文引用：DOI: 10.1021/jacs.0c06533
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