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近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)學(xué)科高光芹、劉立杰兩位老師在植物可逆性光活化二氧化硫/甲醛熒光探針及其應(yīng)用領(lǐng)域取得重大突破。該研究設(shè)計(jì)并制備了一種新型近紅外熒光探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泡桐根系細(xì)胞內(nèi)的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆實(shí)時(shí)檢測(cè)，并發(fā)現(xiàn)了其逆反應(yīng)中獨(dú)特的光活化行為，系統(tǒng)的闡述了其探針響應(yīng)機(jī)理和光活化機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際分析化學(xué)頂級(jí)期刊美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志《Analytical Chemistry》（譯名：分析化學(xué)）上（圖1），并被選為Supplementary Cover。

圖1. 本研究相關(guān)論文

同期《Analytical Chemistry》封面以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)龍子湖校區(qū)繁塔樓及開封繁塔（河南公立農(nóng)業(yè)專門學(xué)校舊址，1914年）為背景（圖2），介紹了該項(xiàng)研究成果。封面中，古今校區(qū)交相輝映，百二十年星河流轉(zhuǎn)，寓意著我校薪火相傳雙甲子的光輝校史，弘農(nóng)育人創(chuàng)一流的堅(jiān)定信心。

圖2. 國(guó)際分析化學(xué)頂級(jí)期刊《Analytical Chemistry》第94卷39期封面

熒光探針因具有高靈敏度、操作簡(jiǎn)單、非侵入性、非破壞性、生物相容性好等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)和生物等方面。二氧化硫衍生物及甲醛作為常見污染物及致癌物，近年來備受科研工作者的關(guān)注。然而，同時(shí)檢測(cè)二氧化硫衍生物和甲醛的分子體系依然匱乏，并且存在難以捕捉能力弱，發(fā)射波長(zhǎng)短，組織穿透能力弱，熒光光譜部分重疊等問題。因此，開發(fā)具有近紅外光發(fā)射的熒光探針用于二氧化硫衍生物和甲醛的快速定量檢測(cè)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

本研究設(shè)計(jì)并制備了一種新型近紅外熒光探針，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)泡桐根系細(xì)胞內(nèi)的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆實(shí)時(shí)檢測(cè)（圖3）。在加入HSO₃^-后，該探針的紫色溶液在1.8s內(nèi)可完全褪色為無(wú)色。同時(shí)，其熒光信號(hào)瞬間消失，檢測(cè)限為39 nM。在甲醛的作用下，其吸收和熒光能夠有效恢復(fù)。而在紫外光照射下，該逆反應(yīng)可被加速84倍，在122 s內(nèi)恢復(fù)到起始的98%，此獨(dú)特的光活化行為是由于其在光照后激發(fā)態(tài)（S₁）中C-S鍵的延長(zhǎng)導(dǎo)致的。上述變色機(jī)理和光活化機(jī)制通過了高分辨質(zhì)譜及理論計(jì)算進(jìn)行了充分驗(yàn)證。基于此，該探針成功地應(yīng)用于泡桐根系活細(xì)胞中二氧化硫衍生物和甲醛快速可逆生物成像，并有效定位了線粒體細(xì)胞器。最后，在加密油墨領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試，顯示出了優(yōu)異的“開-關(guān)”性能（圖3）。

圖3. 具有快速相應(yīng)性的二氧化硫和甲醛的可逆近紅外熒光探針及其光活化機(jī)理

本研究成果以“Reversible Near-Infrared Fluorescent Probe for Rapid Sensing Sulfur Dioxide and Formaldehyde: Recognition and Photoactivation Mechanism and Applications in Bioimaging and Encryption Ink”為題，發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志《Analytical Chemistry》（IF: 8.008，中科院SCI大類一區(qū)TOP）上。高光芹老師為本文第一作者，碩士生汪金金同學(xué)為第二作者，劉立杰老師為通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)為通訊作者單位。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)拔尖人才計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

作者簡(jiǎn)介：

高光芹，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)就職于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院。主要從事有機(jī)小分子熒光探針研究，參與國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省科技攻關(guān)項(xiàng)目2項(xiàng)，以第一作者發(fā)表論文20余篇，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)7項(xiàng)。

劉立杰，博士，碩士生導(dǎo)師，校聘教授，現(xiàn)就職于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院。2019年博士畢業(yè)于北京理工大學(xué)，導(dǎo)師王蘇寧教授（加拿大皇家科學(xué)院院士），2018年5月至10月，在加拿大女王大學(xué)（Queen's University）做訪問研究，2019年12月至2020年12月在香港科技大學(xué)從事博士后研究，合作導(dǎo)師唐本忠院士、楊晶磊教授。主要研究方向：聚集誘導(dǎo)磷光材料、有機(jī)硼化學(xué)、刺激響應(yīng)材料等。2021年入選河南農(nóng)業(yè)大學(xué)“拔尖人才”。迄今已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Inter., Polym. Chem.等國(guó)際期刊上發(fā)表論文二十余篇，1篇論文被選為Hot Paper，1篇論文被選為封面介紹。

劉立杰老師課題組網(wǎng)址：https://www.x-mol.com/groups/lijieliu。

全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c03335