利用荧光探针监测微环境在细胞成像、疾病诊断、材料缺陷跟踪和高分辨传感中起着至关重要的作用。然而大多数荧光分子只能检测微环境中的一种或几种分析物或物理参数，极大地限制了它们在动态复杂微环境中的应用前景。开发可检测多种分析物或物理参数的荧光探针不但可用于监测多种微环境，还能提供更加全面的微环境信息，并有望实现实时监测微环境的动态变化。
在前期研究基础上多重响应分析，中国科学院福建物质结构研究所黄伟国研究员、中山大学黄佳国教授和北京高压科学研究中心（, 上海）吕旭杰研究员合作，设计开发了一类基于菲啶的荧光探针分子，即B1, F1, 和T1。B1由菲啶和吡咯单元融合，表现出一维的线性分子构型。F1含有三个B1单元，中间以苯环为核进行连接，呈现出二维的刚性平面共轭分子构型。T1含有四个B1单元，中间以1，3多重响应分析，5，7-环辛四烯（COT）为核进行连接，从而形成三维的动态共轭分子构型。基于COT的特性，T1可发生由马鞍形三维分子构型和平面二维分子构型的动态转变。
由于三个分子均含有菲啶单元，因而可以和多种分子形成Polar-π相互作用，展现出反刚致变色行为。菲啶单元上的“N”杂原子可对微环境中质子和离子进行响应。三个荧光分子的共轭稠环特征也有助于提高其化学稳定性。另外，其多样化的分子内运动模式可赋予其监测微环境的粘度、刚度和聚集态的能力。
随着聚合物浓度增加，或聚合交联度的提高，三个荧光分子的荧光发射均出现不同程度的红移（也称作“反刚致变色”效应）。此外，利用它们的反刚致变色效应与聚合物胆甾相液晶结构相结合，设计出一类基于圆偏振荧光发射的信息防伪技术。
在极端高压下，三者均展现出荧光发射红移的特性，但F1荧光红移程度最为明显（高达163nm）。随着压力的增加，F1荧光颜色发生了从蓝色到绿色、黄色、橙色、和红色的转变，实现了有机荧光分子鲜有的全彩“压致变色”现象。
在细胞成像方面，F1和T1选择性地对细胞核进行染色，而B1主要对细胞质进行染色。理论计算表明，T1与DNA具有最强的相互作用，而B1与DNA相互作用最弱。这种由分子构型所导致的染色差异为细胞内“靶向成像”提供了一种新方法。这项工作为具有多重响应的荧光探针分子提供了全新的设计方法，并在信息安全、细胞内传感、以及早期诊断和“靶向选择性”治疗方面具有潜在的应用前景。
论文信息
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Wei Huang,Dr. Shiyu Feng,Jie Liu, Liang,Ya Zhou, Yu, Liang,Prof. Huang,Prof. Xujie Lü,Prof. Huang
DOI:10.1002/anie.