4-取代1,8-萘酰亞胺類熒光探針的研究進展

摘 """""要： 熒光光譜法是一種針對定量低濃度分析物檢測的技術手段。近年來的研究進展表明，""1，8-萘酰亞胺、羅丹明B、香豆素、喹啉等熒光團具有潛在的研究和應用價值。其中對1，8-萘酰亞胺衍生物的研究不斷增加，因為它們具有強吸收和發射波長、高光穩定性、大的Stokes位移、較高的熒光量子產率以及4位結構易于修飾等優點。近年來，新型4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光探針的設計和制備受到了廣泛的關注。綜述了4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光探針的研究進展，通過在1，8-萘酰亞胺單元的C-4位置引入不同的給電子或接受電子基團，可以實現改變1，8-萘酰亞胺類熒光探針的熒光性能。

關 "鍵 "詞：1，8-萘酰亞胺； C-4取代； 熒光探針； 研究進展

中圖分類號：TQ050.4 """"文獻標志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2024）07-1051-04

萘酰亞胺衍生物由于其獨特的光物理學性質，如Stokes位移大、光穩定性高、熒光量子產率高、4位結構易于修飾等，被廣泛用作熒光團^[1]，制備熒光探針。在1，8-萘酰亞胺化合物的C-4位置引入給電子部分會產生分子內電荷轉移（ICT）激發態^[2]，并導致吸收光譜和發射光譜發生較大的位移。

目前已有許多關于4-取代1，8-萘酰亞胺衍生物的研究，但在1，8-萘酰亞胺化合物的C-4位置引入新的給電子基團和受電子基團仍然是有意義的。通過改變芳香環^[3]上存在取代基的性質，可以改變這些衍生物的熒光性質，引入各種給電子基團，如烷基（芳基）氨基、炔基/烯基、芳基或烷氧基基團可誘導極性ICT激發態，由于1，8-萘酰亞胺的C-4位取代熒光探針具有獨特的熒光性質，近年來被廣泛研究應用。

1 "離子型的4-取代1，8-萘酰亞胺熒光探針

金屬離子在自然界和生命體中扮演著十分重要的角色，因此對這些離子的檢測也是十分的重要，目前主要通過離子質譜法^[4]、原子吸收光譜法^[5]、電感耦合^[6]等方法來檢測離子，但是由于其高昂的儀器設備費用以及檢測步驟繁瑣等缺點，導致了它們在某些應用方面存在一定的局限性。與之不同，熒光探針法具有價格低廉、檢測方便、可實現在線實時檢測等優點，受到廣大研究者的青睞^[7-8]。

LI等^[9]設計和合成了一種新型熒光探針1，該探針以萘酰亞胺為熒光團，在其C-4位置引入席夫堿結構單元，基于PET機理對Hg²⁺表現出高度選擇性并顯示出明顯的熒光增強現象。根據熒光滴定和Job圖可知，探針與離子結合比為2∶1。探針1對Hg²⁺的檢出限為0.18 μmol·L^-1，可用于環境和生物系統中低濃度Hg²⁺的定量分析。探針1的示意圖及其對Hg²⁺的熒光響應機理如圖1所示。

XIANG等^[10]開發了一種C-4位置為羥基的希夫堿“開-啟”熒光探針2。探針2對Zn²⁺表現出高選擇性和快速響應（30 s）效果，并具有顯著的熒光增強現象，且對鋅離子的檢測限為39 nmol·L^-1，遠低于世界衛生組織標準。使用Job曲線分析計算探針2與Zn²⁺離子的結合比為1∶1，結合常數為1.18×10⁵"L·mol^-1。此外，在實際應用方面，探針2已成功應用于水樣中Zn²⁺的檢測，同時將探針制備成涂層試紙條，可以快速、定性地檢測Zn²⁺離子。探針2的示意圖及其對Zn²⁺的熒光響應機理如圖2所示。

SUKRIYE等^[11]同樣在C-4位置引入水合肼結構設計并合成了一種基于1，8-萘酰亞胺的熒光探針3，用于Cu²⁺的高靈敏度和特異性檢測。該探針表現出對Cu²⁺的“肉眼”反應，顏色分別從黃色到藍色、黃色到無色發生顯著變化。探針3可以定量檢測Cu²⁺，檢測限為納摩爾級，結合比為2∶1。由于其優良的特性，該探針是一種很有應用前途的熒光探針，通過智能手機的應用程序可以現場檢測樣本中的Cu²⁺，而不需要精密的設備，操作相當簡單便捷。探針3的示意圖及其對Cu²⁺的熒光響應機理如圖3所示。

TANG等^[12]在C-4位置引入哌嗪設計合成了一種新型的萘酰亞胺熒光探針4。在緩沖溶液中，該探針對Fe³⁺具有良好的選擇性和靈敏度，同時具有快速的熒光增強和良好的抗干擾能力。該探針可以在5.0～8.0的pH范圍內工作，檢測限為81"nmol·L^-1，與Fe³⁺絡合比為1∶1。探針4的示意圖及其對Fe³⁺的熒光響應機理如圖4所示。

2 "小分子型的4-取代1，8-萘酰亞胺熒光探針

甲醛（FA）是最簡單的活性羰基化合物，其濃度與人體健康及多種疾病密切相關^[13]。因此，XU課題組^[14]找到了一種新的合成方法，利用4-磺"""基-1，8-萘酰亞胺衍生物為原料構建4-肼基-1，8-萘酰亞胺熒光探針5，可作為檢測FA的熒光探針。該探針具有制備簡便、熒光信號可開啟、選擇性強、對FA靈敏度高等特點。更重要的是，該探針可以制備成試紙來檢測氣態FA，并對活細胞中的外源性/內源性FA進行成像檢測。探針5的示意圖及其對甲醛（FA）的熒光響應機理如圖5所示。

高爾基體（GA）是生物系統中重要的細胞器，過量活性氧是高爾基體在受到壓力時產生的。次氯酸（HOCl）是一種重要的活性氧，具有較強的氧化和抗菌活性，但過量分泌次氯酸會導致高爾基體的結構或功能出現異常，就會導致阿爾茨海默病、神經退化等一系列疾病^[15]。LIU等^[16]設計了一種新型熒光探針6，該探針是通過對高爾基體定位的方法來檢測次氯酸。探針6使用1，8-萘酰亞胺作為發射熒光基團，苯磺酰胺以定位基團和C-4位置引入二甲基硫代氨基甲酸酯為傳感單元。當HOCl不存在時，探針的分子內電荷轉移（ICT）過程受到阻礙，探針表現出微弱的熒光信號；當HOCl存在時，發生ICT過程，探針顯示強烈的綠色熒光。當HOCl濃度從5.0 × 10^-7"mol·L^-1變到1.0 × 10^-5"mol·L^-1時，探針的熒光強度與HOCl濃度呈良好的線性相關，檢測限為5.7 × 10^-8"mol·L^-1。在適宜pH范圍內HOCl熒光探針具有反應快、選擇性高、應用范圍廣等優點。此外，該探針具有良好的生物相容性，已廣泛應用在海拉細胞中高爾基HOCl成像，這些充分證明了該探針可用于活細胞中高爾基體內感應內源性和外源性的次氯酸檢測。探針6的示意圖及其對次氯酸的熒光響應機理如圖6所示。

H₂S作為生物體內的信號轉導分子，在許多生理過程中發揮著重要作用^[17]。ZHANG等^[18]設計并合成了一種簡單高效的1，8-萘酰亞胺熒光探針7，C-4位置引入仲胺基于分子內電荷轉移機理，該探針對硫化氫有顯著的響應，具有較大的斯托克斯位移（106 nm），對硫化氫具有特定的高選擇性和靈敏度。特別是，該探針在pH=4～10條件下具有高穩定性、低細胞毒性和良好的細胞成像優點，使其有望成為生物體中硫化氫的良好熒光探針。探針7的示意圖及其對硫化氫的熒光響應機理如圖7所示。

SO₂是一種顯著的信號分子，是活性硫化物質之一，其密切參與許多代謝過程，而SO₂代謝不平衡會導致各種疾病出現^[19]。因此，對SO₂衍生物進行快速、準確、高選擇性、高靈敏度的監測具有十分重要的意義。YANG等^[20]基于ICT機理在C-4位置引入羥基設計合成了一種比率熒光探針8，用于SO₂衍生物的比率成像。該探針經過親核加成"HSO₃^-"/SO₃^2-，在單波長激發下，其波長發生了"""120 nm的藍移，對SO₃^2-具有顯著的比色和比率選擇性響應、高響應速度和靈敏度。此外，該探針可用于活細胞中外源性和內源性SO₂衍生物的視覺比率成像。探針8的示意圖及其對SO₂衍生物的熒光響應機理如圖8所示。

丙烯醛是一種劇毒物質，可以外源性和內源性產生^[21]。因此，開發一種具有高度特異性和靈敏度的丙烯醛探針具有潛在的應用價值。JIANG等^[22]以萘酰亞胺為熒光團，在其C-4結構中引入巰基作為丙烯醛識別基團，設計合成了一種新型丙烯醛檢測熒光探針9。該探針的巰基部分通過邁克爾加成結合丙烯醛，抑制探針光誘導的電子轉移（PET）過程，導致探針在510 nm處產生強烈的熒光。該探針對丙烯醛具有很高的敏感性和特異性，可通過熒光分光光度法測定食品中的丙烯醛。此外，該探針甲酯化后成功地用于觀察Hela細胞中的丙烯醛，這一發現表明探針9在快速檢測各種樣品中的丙烯醛方面具有潛在的應用價值。探針9的示意圖及其對丙烯醛的熒光響應機理如圖9所示。

WANG等^[23]設計合成了一種基于萘酰亞胺衍生物可同時檢測NO和pH的新型熒光探針10，該探針在C-4位置引入哌嗪基團。該探針在99% PBS緩沖液和1% DMSO溶液中具有良好的熒光性能。在544 nm處產生黃綠色發射峰，熒光可隨著NO濃度的增加或pH的降低而增強。探針10對NO具有良好的選擇性、高靈敏度，對NO具有較強的抗干擾作用，在pH為5.5～8.5時表現出良好的熒光可逆性。光譜結果表明，探針10由于雙PET效應而表現出微弱的熒光，與NO和pH相互作用后，發生了雙重PET-OFF效應，導致熒光顯著增強。探""""針10在HeLa細胞中的熒光成像結果表明，它可以實現對細胞內pH和NO變化的視覺監測。該探針已成功應用于秀麗隱桿線蟲的熒光成像分析。探 "針10的示意圖及其對NO的熒光響應機理見圖10。

3 "結 論

萘酰亞胺由于其獨特剛性的平面結構，可被廣泛應用作良好的發色團。此外，1，8-萘酰亞胺基團的C-4位置具有較高的化學活性，容易與其他化合物發生反應。通過在1，8-萘酰亞胺基團的C-4位置上引入不同的基團可以設計出不同性能優良的熒光分子探針，且其中部分優異的探針已在生物體檢測中得到應用。目前，隨著萘酰亞胺類熒光探針的研究發展，很多4-取代-1.8萘酰亞胺類熒光探針分子已被廣泛應用于環境、醫療、生命體等領域。然而，設計和研究新型4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光分子探針依然是未來廣大研究者青睞的一個研究方向。

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Research Progress of 4-Substituted 1，8-naphthalimide Fluorescent Probes

LI Hui， LI"Zhaoyun

（School of Agronomy and Bioscience， Dehong Teachers’"College， Mangshi"Yunnan 678400， China）

Abstract："Fluorescence spectroscopy is a technical tool for the detection of quantitative low-concentration analytes. "Recent research"progress shows"that fluorophores with 1，8-naphthalimide， rhodamine B， coumarin， quinoline and other fluorescent probes have research value and potential applications. As a special environmentally sensitive fluorophore， 1，8-naphthalimide derivatives are increasingly studied because of their strong absorption and emission in visible regions， high optical stability， large Stokes shift， high fluorescence quantum yield and easy modification of the 4-position structure. In recent years， the design and preparation of novel fluorescent probes for the 4-substitution 1，8-naphthalimide have attracted wide attention. The research"progress of 4-substituted """"""1， 8-naphthalimide fluorescent probes"was"reviewed. By introducing different electron-donating or electron-receiving groups at the C-4 position of the 1， 8-naphthalimide unit， the modification of the fluorescence properties of 1，8-naphthalimide fluorescent probes can be achieved.

Key words："1，8-Naphthalimide; C-4 position; Fluorescent probe; Research progress