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研究的背景
苯并吡喃类染料具有长激发波长、长发射波长、荧光量子产率高、水溶性好、生物毒性低等优点，是构建荧光探针的理想荧光团。2014年，作者的课题组通过亲核加成将苯并吡喃部分融合到香豆素中，构建了一个检测SO2荧光探针。
图 1
后来，杨和他的同事报告了一种非常相似的苯并吡喃−香豆素探针，可以定量检测SO2(探针1，图 1)。同时，林和他的同事们合成了一种苯并吡喃−香豆素探针，它通过α，β-不饱和羰基与HClO之间的环氧化反应，作为HClO的比率荧光探针(探针CBP，图 1)。考虑到两个苯并吡喃−香豆素探针具有相似的结构，作者认为它们会非选择性地同时检测HClO和SO2。
为了证明这个假设，作者首先研究了这两个已报道的探针的光化学行为。作者发现特异性识别SO2的荧光探针1也可以检测HClO，并以与SO2相同的方式表现出荧光变化。此外，探针CBP也可以检测到HClO和SO2，表现出相似的荧光反应。因此，这些已经报道的苯并吡咯−香豆素染料不能区分HClO和SO2，它们只是对一个或另一个物种具有更高的选择性。
由于HClO和SO2分别具有氧化和抗氧化特性，已有研究表明，内源性SO2可作为体内HClO诱导的氧化应激的潜在抑制剂，两者通过相互配合以维持机体的氧化还原动态平衡。因此，有必要开发用于监测复杂生命系统中HClO和SO2生成和动态变化的荧光探针。
本文的工作
方案 1
作者通过在苯并吡喃−香豆素染料中引入了一个额外的HClO敏感基团，生成了荧光探针(PBC1)，该探针对HClO和SO2具有良好的选择性(方案 1)。该探针对HClO和SO2的响应具有较长的发射波长(绿色和红色)和较大的间隔(125 nm)，可以避开HClO和SO2传感过程中的相互干扰。
探针PBC1有两个部分：(I)对HClO和SO2都有反应的苯并芘部分和(II)吩噻嗪−香豆素部分中只与HClO反应的硫原子。两部分协同作用提高了探针对HClO或SO2的选择性。探针PBC1对SO2有红色荧光，对HClO有绿色荧光。初步的生物成像实验证明该探针可用于HeLa细胞和斑马鱼体内HClO和SO2的选择性成像。
(1)HeLa细胞中HClO和SO2的荧光成像
图 2
由于P1和P2的光谱性质不同，作者采用双通道模式检测活体HeLa细胞中的HClO和SO2。如图2所示，当只用探针PBC1处理时，细胞在两个通道中的都没有显示出荧光信号，这表明探针似乎没有检测内源性HClO和SO2的水平的能力。
相反，当PBC1和SO2同时处理细胞时，观察到强烈的红色荧光(图 2G)。同样，当同时用PBC1和HClO处理细胞时，细胞显示出强烈的绿色荧光信号(图 2J)。这个结果表明，探针PBC1可能可以选择性地在两个光通道分别成像细胞内的HClO和SO2。
为了更好地说明其对内源性HClO和SO2的检测能力，使用探针PBC1在体外和体内监测这两种分析物的生成。采用过氧化氢和髓过氧化物酶(MPO)将氯离子氧化为HClO。磺酰胺(BTSA)与半胱氨酸(Cys)反应生成内源SO2。
图 3
如图3所示，PBC1处理的细胞在两个通道中均未显示荧光信号。用BTSA处理PBC1培养细胞时，可观察到红色信号(图 3G)。用探针PBC1处理的细胞中观察到绿色信号，并进一步与H2O2/Cl-/MPO体系孵育(图 3J)。这些结果表明该探针能够检测内源性HClO和SO2。
(2)斑马鱼体内HClO和SO2的荧光成像
图 4
经PBC1处理的斑马鱼表现出与HeLa细胞相同的荧光(图 4)。这些结果表明，探针PBC1能够选择性地检测活体中的HClO和SO2。
文献原文：Han, J.; Yang, S.; Wang, B.; Song, X., Tackling the Selectivity Dilemma of Benzopyrylium-Coumarin Dyes in Fluorescence Sensing of HClO and SO2. Anal Chem 2021, 93 (12), 5194-5200.
Doi：10.1021/acs.analchem.0c05266