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近日，河南農(nóng)業(yè)大學理學院化學學科高光芹、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用領域取得重大突破。該研究設計并制備了一種新型近紅外熒光探針，實現(xiàn)了對泡桐根系細胞內(nèi)的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆實時檢測，并發(fā)現(xiàn)了其逆反應中獨特的光活化行為，系統(tǒng)的闡述了其探針響應機理和光活化機制。相關研究成果發(fā)表在國際分析化學頂級期刊美國化學會雜志《Analytical Chemistry》（譯名：分析化學）上（圖1），并被選為Supplementary Cover。

圖1. 本研究相關論文

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

圖2. 國際分析化學頂級期刊《Analytical Chemistry》第94卷39期封面

熒光探針因具有高靈敏度、操作簡單、非侵入性、非破壞性、生物相容性好等優(yōu)勢而被廣泛應用于化學、環(huán)境、醫(yī)學和生物等方面。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注。然而，同時檢測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是一個巨大挑戰(zhàn)。

本研究設計并制備了一種新型近紅外熒光探針，有效地實現(xiàn)了對泡桐根系細胞內(nèi)的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆實時檢測（圖3）。在加入HSO₃^-后，該探針的紫色溶液在1.8s內(nèi)可完全褪色為無色。同時，其熒光信號瞬間消失，檢測限為39 nM。在甲醛的作用下，其吸收和熒光能夠有效恢復。而在紫外光照射下，該逆反應可被加速84倍，在122 s內(nèi)恢復到起始的98%，此獨特的光活化行為是由于其在光照后激發(fā)態(tài)（S₁）中C-S鍵的延長導致的。上述變色機理和光活化機制通過了高分辨質(zhì)譜及理論計算進行了充分驗證。基于此，該探針成功地應用于泡桐根系活細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胞器。最后，在加密油墨領域的應用進行了嘗試，顯示出了優(yōu)異的“開-關”性能（圖3）。

圖3. 具有快速相應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)表在美國化學會雜志《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，碩士生汪金金同學為第二作者，劉立杰老師為通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學為通訊作者單位。該項研究得到了國家自然科學基金、河南農(nóng)業(yè)大學拔尖人才計劃項目的支持。

作者簡介：

高光芹，高級實驗師，現(xiàn)就職于河南農(nóng)業(yè)大學理學院。主要從事有機小分子熒光探針研究，參與國家自然科學基金2項，省科技攻關項目2項，以第一作者發(fā)表論文20余篇，獲國家發(fā)明專利授權7項。

劉立杰，博士，碩士生導師，校聘教授，現(xiàn)就職于河南農(nóng)業(yè)大學理學院。2019年博士畢業(yè)于北京理工大學，導師王蘇寧教授（加拿大皇家科學院院士），2018年5月至10月，在加拿大女王大學（Queen's University）做訪問研究，2019年12月至2020年12月在香港科技大學從事博士后研究，合作導師唐本忠院士、楊晶磊教授。主要研究方向：聚集誘導磷光材料、有機硼化學、刺激響應材料等。2021年入選河南農(nóng)業(yè)大學“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