英文原题：A Fluorescein Derivative Chemosensor Combined with Triplet–Triplet Annihilation Upconversion System for Ratiometric Sensing of Cysteine

第一作者：陈硕然副教授

通讯作者：叶常青教授

作者：陈硕然、陈富铭、李艳玲、王语扬、王筱梅、叶常青

       在二十种天然氨基酸中，半胱氨酸（Cys）作为一种生物硫醇分子，与许多疾病的病理变化密切相关。因此，Cys的定量分析非常重要，已吸引了数十年的研究兴趣。与其它检测方法相比，荧光分析由于其简单性，低成本，高选择性和适用于细胞内检测而具有重要意义。现在，除了基于荧光机制的传统发光材料之外，还开发了上转换（UC）发光材料。光子上转换是一种将低能量光子转换为高能量光子的现象，这意味着它吸收长波长光并发射短波长光。由于较长的入射光波长，可以实现更深层的组织分析，这对生物医学领域的研究非常有利。然而，直接在上转换系统上设计或引入刺激响应性基团或结构是具有挑战性的，这涉及复杂的合成和制备过程。因此，将上转换系统与传统荧光探针相结合的策略出现了，其中荧光探针通常用作上转换发射的能量受体。这种能量转移过程成功地建立了上转换按信号和分析物之间的响应关系。在所有的上转换机制中，三线态-三线态湮灭上转换材料（TTA-UC）因其相对较高的上转换量子产率和低的激发功率阈值而受到了广泛研究与应用。TTA-UC系统由两种染料（光敏剂/湮灭剂）组成，这种双发射特性使TTA-UC系统具备成为比率型传感器的条件。

       在本研究中，通过能量转移过程，将TTA-UC系统与荧光素衍生物探针结合，实现了Cys的比率传感。这种“红转蓝”TTA-UC系统由光敏剂PtTPBP和湮灭剂perylene组成。所使用的Cys探针是荧光素衍生物荧光素O,O-二丙烯酸酯（FODA）。如图1所示，在吸收入射的635 nm激光照射后，PtTPBP被激发到单线态，然后通过系间穿越（ISC）转变为三线态。其中一部分PtTPBP发射磷光，其余通过三线态-三线态能量传递（TTET）过程将能量转移到perylene的三线态。然后两个三线态perylene之间发生TTA过程，形成一个单线态和一个基态。最后，perylene从单重态向基态的辐射跃迁实现UC发光。FODA在没有Cys的情况下不表现出荧光性质。当加入Cys后，FODA与Cys反应产生荧光素，在UC发射的激发下发出绿色荧光。随着Cys浓度的增加，产生更多的荧光素，绿色荧光信号相应增加，导致蓝色UC发射逐渐淬灭。在整个传感过程中，Cys对近红外（NIR）磷光信号没有影响，该信号保持相对恒定，可作为比率传感的参比信号（图2）。

图1 TTA-UC结合荧光素衍生物探针构建半胱氨酸比率传感器机理示意图

图2 半胱氨酸比率检测结果：a) 探针发射光谱随Cys浓度增加而变化；b) 上转换发射随Cys加入由蓝转绿；c,d) 比率信号与Cys浓度呈良好线性

       通过这种简单的策略使普通荧光探针可以在更长的波长下被激发，使其适用于更多的应用场景，同时赋予经典的TTA-UC系统刺激响应功能。这种基于TTA-UC的比例传感平台设计为分析应用提供了新的视角。

A Fluorescein Derivative Chemosensor Combined with Triplet–Triplet Annihilation Upconversion System for Ratiometric Sensing of Cysteine

Shuoran Chen^#, Fuming Chen^#, Yanling Li, Yuyang Wang, Xiaomei Wang, Changqing Ye*

J. Anal. Test. 2023, 7: 369–376.

Published Online: 23 September 2023

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s41664-023-00266-y