Chem. Soc. Rev. | 基于扭曲分子内电荷转移（TICT）机制的荧光探针

2026-01-12 14:24

荧光探针作为一种兼具高灵敏度、高选择性且操作便捷的检测工具，自1845年Sir George Gabriel Stokes提出荧光概念以来，已在化学生物学、生物化学、药学、环境科学及医学诊疗等多个领域发挥关键作用。其中，基于扭曲分子内电荷转移（TICT）机制的荧光探针，凭借其对环境（如溶剂极性、微粘度）的独特响应性以及可实现比率检测等优势，成为近年来的研究热点。不过，此类探针仍面临荧光量子产率低（非辐射跃迁导致）、光稳定性不足、生物相容性待提升等挑战，而如何针对不同靶标（如离子、小分子、生物大分子）设计高特异性探针，以及实现多模态成像以满足复杂场景需求，也成为领域内亟待解决的科学问题。

基于前期合作研究工作基础，烟台新药创制山东省实验室李佳研究员、韩海浩副研究员联合华东理工大学化学与分子工程学院，费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心贺晓鹏教授、英国巴斯大学 Tony D. James教授，Simon E. Lewis 教授、英国利物浦热带医学院Hanafy M. Ismail教授，撰写了以“Twisted intramolecular charge transfer (TICT) based fluorescent probes and imaging agents”为题的长文综述文章，系统梳理了TICT荧光探针的设计原理、作用机制及应用场景，从基础机制到具体应用，再到复合策略与未来方向。相关成果近期在线发表于化学权威综述期刊Chemical Society Reviews。这是联合团队继2021年7月、2023年1月分别对“小分子荧光探针用于诊断重要器官类疾病”（Chem. Soc. Rev., 2021, 50, 9391，ESI高被引论文）与“癌症治疗的小分子前药设计策略”（Chem. Soc. Rev., 2023, 52, 879，ESI高被引论文）进行综述总结后，再次于该国际权威综述期刊发表论文。

综述从TICT的核心机制入手，以4-二甲氨基苯甲腈（DMABN）为经典模型：光激发后DMABN进入局域激发态（LE），在非极性溶剂中保持分子共平面构象，仅发射短波长的“正常”B带荧光；而在极性溶剂中，二甲氨基基团发生扭曲，分子从LE态转变为TICT态，电子从给体（二甲氨基）转移至受体（苯甲腈），不仅出现长波长的“异常”A带荧光，还伴随显著红移与大斯托克斯位移，这一特性也为探针的环境响应奠定基础。基于此，TICT探针的设计主要分为“turn-on”和“turn-off”两种策略（图1）：turn-on探针在未结合靶标时，分子转子自由旋转使TICT过程开启，荧光信号微弱；当与靶标作用后，转子旋转被阻断，TICT受抑制，荧光显著增强，实现荧光开启；turn-off探针则相反，初始状态下转子被限制，TICT关闭而荧光较强，结合靶标后转子释放，TICT恢复导致荧光淬灭。

图1：基于扭转分子内电荷转移（TICT）机制的荧光探针设计中最常见策略示意图：（A）“turn-on” 型和（B）“turn-off”型

在应用分类上，综述覆盖了从无机离子到生物大分子的广泛靶标，此外，为了克服单一TICT机制的局限性，综述还重点介绍了结合其他荧光机制的复合探针策略。例如，PeT/TICT复合探针通过“级联控制”提升性能；AIE/TICT复合探针则利用聚集诱导发光（AIE）限制分子运动，减少TICT导致的非辐射跃迁；TICT/ESIPT（激发态分子内质子转移）复合探针则结合了ESIPT的大斯托克斯位移与TICT的环境敏感性；此外，还有AIE/ESIPT/TICT、FRET/TICT等复合体系，进一步拓展了探针的功能。最后，综述还探讨了连续、逻辑、双重或多重响应的TICT探针，这类探针可同时检测两种及以上靶标或微环境。

该综述不仅全面总结了TICT探针的基础理论与设计策略，还通过大量实例展现了其在环境监测、生物成像与疾病诊断中的应用潜力。同时，综述也指出当前领域的挑战：如何进一步提高荧光量子产率、增强光稳定性与生物相容性，以及开发多刺激响应、靶向递送的荧光探针。未来，随着NIR-I/II探针的发展与多模态成像技术的结合，TICT荧光探针有望在无创疾病诊断、手术导航等领域发挥更大作用，为化学传感与生物医学研究搭建更高效的桥梁。

吴悦慈博士为本论文第一作者。烟台新药创制山东省实验室李佳研究员、韩海浩副研究员，华东理工大学贺晓鹏教授，英国巴斯大学 Tony D. James教授，Simon E. Lewis 教授、英国利物浦热带医学院Hanafy M. Ismail教授为本论文的共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金项目，泰山学者项目，中国化学会青年人才托举工程项目，山东省自然科学基金项目，烟台新药创制山东省实验室专项以及烟台市科技创新发展计划项目等基金项目的资助。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/cs/d3cs01118f