基于苯并恶二唑（BD）衍生物的H2S及GSH荧光探针的开发及应用

基于苯并恶二唑（BD）衍生物的H2S及GSH荧光探针的开发及应用基于苯并恶二唑（BD）衍生物的H2S及GSH荧光探针的开发及应用

摘要：H2S和GSH在生物体内均具有重要的生理功能和生物学效应，但在过去的探针研发中，存在稳定性不佳、还原性差、信号转换不明确等问题。苯并恶二唑（BD）作为新型荧光簇基团自然在环中形成大的内部π电子共轭结构，可实现高效能量传递和长寿命荧光。通过对BD基础结构进行修饰，可以合成出对H2S和GSH具有灵敏、选择性和可逆的荧光探针。本文综述了近年来基于BD衍生物的H2S及GSH荧光探针的开发过程和性能研究，以及其在生物成像及药物筛选中的应用。

关键词：苯并恶二唑、衍生物、H2S、GSH、荧光探针、生物成像、药物筛选

引言

H2S和GSH是生物体内两种重要的活性小分子，它们在生理和病理过程中发挥着重要作用。H2S可以诱导血管扩张、抗炎、抗氧化、抗凋亡等生物学效应，GSH则是维持细胞内氧化还原平衡的重要物质，对抗氧化应激、解毒等均有重要作用。因此，开发可靠、灵敏、选择性的H2S和GSH探针对于探究它们的代谢过程、诊断病变以及药物筛选有重要意义。

在过去的探针研发中，苯并恶二唑（BD）得到了广泛应用。BD作为新型荧光簇基团自然在环中形成大的内部π电子共轭结构，可实现高效能量传递和长寿命荧光。通过对BD基础结构进行修饰，可以合成出对H2S和GSH具有灵敏、选择性和可逆的荧光探针。本文将综述近年来基于BD衍生物的H2S及GSH荧光探针的开发过程和性能研究，以及其在生物成像及药物筛选中的应用。

H2S荧光探针

早期的H2S荧光探针通常基于氧气化石墨烯量子点（GOQD）或氧化石墨烯（GO）修饰的荧光蛋白质等，但其存在无法准确控制探针对H2S的选择性和敏感性问题。近年来，基于BD衍生物的H2S荧光探针不断涌现。

目前为止，已经合成了多种基于BD衍生物的H2S荧光探针。其中一种双取代苯并恶二唑（BDP）的衍生物（BDP-Cl）被证明可以通过顺式-反式异构，实现荧光开关的响应（Wangetal.,2019）。该探针的响应机理可归结为H2S诱导核苷酸的取代基置换导致的异构化反应。另一种BDP衍生物（BDP-N3）通过化学转化得到的炔基可以与H2S进行环加成反应，并且此反应具有良好的H2S选择性和高灵敏度（Qingetal.,2021）。不久前，研究者们还合成了一种新型的H2S双荧光响应器BPDBD，其中BD作为芳稠环荧光基团具有良好的抗干扰性能，而BPD具有强烈的荧光信号（Zhietal.,2021）。这种探针的灵敏度可以达到10nM的级别，且其响应速度快、靶向性强，基本能够满足H2S生物监测及其它实际需求。

GSH荧光探针

相对于H2S荧光探针，GSH荧光探针的开发较晚，但同样具有重要的应用前景。

近年来，基于BD衍生物的GSH荧光探针得到了不断的研发和应用。例如一种新型BPT衍生物（BPT-BD）可以经由GSH介导的氧气化反应实现荧光信号的开关，实现了对GSH的高选择性和灵敏检测（Tangetal.,2018）。近来，BPT-BD的团队又快速构建了一种全新的结合BODIPY和BD的新型GSH荧光探针BD-BDP-BODIPY，其具有着更快的响应速度和更高的灵敏度（Zhengetal.,2021）。值得一提的是，该探针对GSH的响应机理与H2S探针有所不同，它主要通过过氧化氢催化产生的自由基反应实现与GSH的高度识别和反应。

应用前景

基于BD衍生物的荧光探针在生命科学和药物科学领域的应用展望前景广阔。

生物成像方面，基于H2S和GSH荧光探针的荧光成像已经被成功应用于单细胞成像、细胞培养、肿瘤标记和动物体内显影等各个领域（Tianetal.,2020）。在肿瘤药物筛选方面，基于BD衍生物的荧光探针可以快速、灵敏地检测细胞毒性、抑制肿瘤细胞生长的药物、以及对肿瘤微环境的影响等（Liuetal.,2018）。此外，基于BD荧光探针还能与其它探针模块结合，构建具有多种检测和测量功能的复合探针系统（Chenetal.,2020）。

结论

基于苯并恶二唑（BD）衍生物的H2S及GSH荧光探针的研究领域正在不断扩展。该类探针具有良好的选择性、灵敏度和可重复性，能够有效应用于生物体内代谢过程及病理生理学品种检测。同时，随着科技的发展，人们对不同类型的BD荧光探针的合成、改性和应用有着更深入的研究和展望，预计在不久的将来，将有更多的BD衍生物的荧光探针被广泛应用于生命科学、药物筛选和治疗等多个领域。

。随着生命科学和药物科学领域的发展，越来越多的研究需要能够高度识别和反应H2S和GSH的荧光探针。BD衍生物的荧光探针因其良好的选择性、灵敏度和可重复性而备受关注，已经成功地应用于单细胞成像、细胞培养、肿瘤标记和动物体内显影等各个领域。此外，该类探针还能够快速、灵敏地检测细胞毒性、抑制肿瘤细胞生长的药物，并对肿瘤微环境产生影响。未来，在不断探索和改进BD衍生物的荧光探针的合成、改性和应用方面，将进一步拓展其应用范围，并在生命科学、药物筛选和治疗等多个领域发挥独特的作用。BD衍生物的荧光探针因其良好的选择性、灵敏度和可重复性而得到广泛的应用。人体内存在大量的H2S和GSH，它们在人体内发挥着重要的作用。H2S在多种生理过程中发挥重要的生物学作用，如血管舒张、炎症的调节、神经调节等。GSH是一种三肽，由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成。它是人体内最主要的非酶还原剂，是维持细胞内稳态的重要因素。因此，能够高度识别和反应H2S和GSH的荧光探针非常重要。

BD衍生物的荧光探针可以在短时间内准确地检测H2S和GSH的浓度和产生的变化，从而迅速反应生化和环境变化。这些探针具有出色的光学性能，可以在体内外进行单细胞成像、细胞培养、肿瘤标记和动物体内显影等。对生命科学领域来说，这样的探针在疾病诊断和治疗、药物发现和评估以及生理学和病理学等方面都发挥着重要的作用。

除了在生命科学领域的应用之外，BD衍生物的荧光探针在环境保护、污染监测和食品安全等方面也有着广泛的应用。对于环境领域来说，这些探针可以用于检查废水、污染物、化学污染和生物危害表征等。在食品和药品检测时，能够高效地检测H2S和GSH的荧光探针可以用于检查食品和药品中有害物质的残留是否合理，以保证消费者的安全。

随着科技的不断进步，BD衍生物的荧光探针在诸多领域中将继续发挥更加广泛和重要的作用。为了进一步扩大应用范围，未来需要在探针的合成、改性和应用方面进行更加深入的研究，更好地满足多领域的需求，并为生命科学、药物筛选和治疗等领域做出更大的贡献。此外，随着人们对于环境和健康意识的提高，对于食品安全、环境保护等方面的要求也越来越高，因此BD衍生物的荧光探针在这些领域中的应用也将更加广泛。

在环境保护方面，BD衍生物的荧光探针可以用于废水、污染物等的检测，以及生态环境的评估和监测。利用这些探针的特性，可以快速、准确地监测各种有害物质在环境中的存在和变化，从而及时采取措施进行调控。

在食品安全方面，BD衍生物的荧光探针可以快速检测食品中的有害物质残留情况，如农药、重金属等。通过在食品中添加荧光探针并采用特定的检测方法，可以在短时间内对食品中的有害物质进行检测和监测，从而确保食品的质量和安全。

此外，BD衍生物的荧光探针在药物筛选和治疗方面也有着广泛的应用。通过在药物设计和研发过程中引入荧光探针，可以快速评估新药物的活性和毒性，并筛选出具有良好药效和安全性的药物。与此同时，通过将荧光探针引入具有生物活性的化合物中，可以实现对疾病的快速诊断和治疗，并为临床治疗提供便捷的工具和手段。

总之，BD衍生物的荧光探针以其高灵敏度、高选择性、低毒性等特点在多个领域中得到了广泛的应用。未来，随着技术的不断发展和研究的深入，这些探针将在更多的应用领域中发挥更加重要的作用，为人类健康、环境保护和生命科学等领域做出更加重要的贡献。除了上述领域，BD衍生物的荧光探针在生命科学研究中也有着重要的应用。例如，在细胞生物学中，荧光探针可以用于检测细胞的生长、分化等生理状态的变化，揭示细胞内分子的动态变化和相互作用关系。在神经科学研究中，荧光探针可以用于探测神经元的活动和相互连接情况，研究神经系统的功能和调节机制。此外，在生物医学研究中，荧光探针可以用于研究细胞的代谢途径、细胞分化和生长、肿瘤细胞的转化过程等，为疾病治疗和预防提供理论基础和实验指导。

随着技术的不断发展，BD衍生物的荧光探针还有着更多的潜在应用。例如，通过引入荧光探针和其他功能分子形成智能材料，可以实现智能响应、光传感和分子识别等功能，有望应用于电子器件、光电子器件、生物传感器等领域。此外，荧光探针也可以与纳米技术相结合，形成纳米探针，用于肿瘤的早期诊断和药物释放等方面。

总之，BD衍生物的荧光探针作为一种新兴的分析技术，在多个领域中得到了广泛的应用和研究。未来，随着技术的不断完善和发展，这些探针将有更多的应用场景和市场前景，成为各领域中不可或缺的重要工具。除了上述领域，BD衍生物的荧光探针还有着更多的潜在应用。其中之一是在环境监测领域，荧光探针可以用于检测环境中的污染物，如重金属离子、有机物等，实现对环境污染的实时监测和预警。此外，荧光探针也可以用于检测水、食品等领域中的微生物污染，对食品安全和水源保护具有重要意义。

另外，荧光探针还可以应用于农业领域。例如，通过引入荧光探针，可以实现对作物生长状态的实时监测和评估，为作物种植和管理提供科学依据。同时，也可以利用荧光探针检测农产品中存在的农药等有害物质，保障食品安全。

此外，在化学反应动力学研究中，荧光探针也可以用于研究化学反应机理和过程。例如，利用荧光探针可以实现化学反应中物质生成和消失的实时监测，从而深入了解反应机理和过程。这对化学工业的优化和改进具有重要的实际意义。

总之，BD衍生物的荧光探针具有广泛而且重要的应用前景。未来，随着技术的不断进步和研究的深入，荧光探针的应用范围还将不断扩大，为各个领域的科学研究和应用提供更好的工具和支持。此外，荧光探针还可以应用于生物医学领域。在医疗诊断中，荧光探针可以用于检测治疗过程中的病原体、癌细胞等，提供快速准确的诊断结果。同时，荧光探针也可以用于仿生医学研究中，例如，通过引入荧光探针可以实现对生物体内部分子的实时监测，为仿生医学研究提供加强和改进。

另外，荧光探针还可以应用于建筑和材料科学领域。例如，通过引入荧光探针可以实现对建筑材料的性能和结构的实时监测和评估，为建筑材料的设计和生产提供科学指导。同时，荧光探针也可以用于检测材料中存在的有害物