图1. 国际分析化学顶级期刊《Analytical Chemistry》第94卷39期封面
近日，我校理学院化学学科高光芹、刘立杰两位老师在植物可逆性光活化二氧化硫/甲醛荧光探针及其应用领域取得重大突破。该研究设计并制备了一种新型近红外荧光探针，实现了对泡桐根系细胞内的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆实时检测，并发现了其逆反应中独特的光活化行为，系统的阐述了其探针响应机理和光活化机制。相关研究成果发表在国际分析化学顶级期刊美国化学会杂志《Analytical Chemistry》（译名：分析化学）上（图2），同期封面以河南农业大学龙子湖校区繁塔楼及开封繁塔（河南公立农业专门学校旧址，1914年）为背景（图1），介绍了该项研究成果。
图2. 本研究相关论文
荧光探针因具有高灵敏度、操作简单、非侵入性、非破坏性、生物相容性好等优势而被广泛应用于化学、环境、医学和生物等方面。二氧化硫衍生物及甲醛作为常见污染物及致癌物，近年来备受科研工作者的关注。然而，同时检测二氧化硫衍生物和甲醛的分子体系依然匮乏，并且存在难以捕捉能力弱，发射波长短，组织穿透能力弱，荧光光谱部分重叠等问题。因此，开发具有近红外光发射的荧光探针用于二氧化硫衍生物和甲醛的快速定量检测是一个巨大挑战。本研究设计并制备了一种新型近红外荧光探针，有效地实现了对泡桐根系细胞内的二氧化硫衍生物和甲醛的可逆实时检测（图3）。在加入HSO3-后，该探针的紫色溶液在1.8s内可完全褪色为无色。同时，其荧光信号瞬间消失，检测限为39 nM。在甲醛的作用下，其吸收和荧光能够有效恢复。而在紫外光照射下，该逆反应可被加速84倍，在122 s内恢复到起始的98%，此独特的光活化行为是由于其在光照后激发态（S1）中C-S键的延长导致的。上述变色机理和光活化机制通过了高分辨质谱及理论计算进行了充分验证。基于此，该探针成功地应用于泡桐根系活细胞中二氧化硫衍生物和甲醛快速可逆生物成像，并有效定位了线粒体细胞器。最后，在加密油墨领域的应用进行了尝试，显示出了优异的“开-关”性能（图3）。
图3. 具有快速相应性的二氧化硫和甲醛的可逆近红外荧光探针及其光活化机理
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”为题，发表在美国化学会杂志《Analytical Chemistry》（IF: 8.008，中科院SCI大类一区TOP）上。高光芹老师为本文第一作者，硕士生汪金金同学为第二作者，刘立杰老师为通讯作者，河南农业大学为唯一通讯作者单位。该项研究得到了国家自然科学基金、河南农业大学拔尖人才计划项目的支持。作者简介：
高光芹，高级实验师，现就职于河南农业大学理学院。主要从事有机小分子荧光探针研究，参与国家自然科学基金2项，省科技攻关项目2项，以第一作者发表论文20余篇，获国家发明专利授权7项。
刘立杰，博士，硕士生导师，校聘教授，现就职于河南农业大学理学院。2019年博士毕业于北京理工大学，导师王苏宁教授（加拿大皇家科学院院士），2018年5月至10月，在加拿大女王大学（Queen's University）做访问研究，2019年12月至2020年12月在香港科技大学从事博士后研究，合作导师唐本忠院士、杨晶磊教授。主要研究方向：聚集诱导磷光材料、有机硼化学、刺激响应材料等。2021年入选河南农业大学“拔尖人才”。迄今已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Inter., Polym. Chem.等国际期刊上发表论文二十余篇，1篇论文被选为Hot Paper，1篇论文被选为封面介绍。
刘立杰老师课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/lijieliu。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c03335