类型b：学术综述报告

作者及机构
本文由多位国际知名学者合作完成，包括：
- Di Wu（韩国梨花女子大学化学与纳米科学系）
- Adam C. Sedgwick（英国巴斯大学化学系）
- Thorfinnur Gunnlaugsson（爱尔兰都柏林圣三一学院化学与生物医学研究所）
- Engin U. Akkaya（土耳其比尔肯特大学材料科学与纳米技术研究所）
- Juyoung Yoon（韩国梨花女子大学化学与纳米科学系）
- Tony D. James（英国巴斯大学化学系）

文章于2017年12月7日发表于*Chemical Society Reviews*（*Chem. Soc. Rev.*）第46卷第23期，标题为《Fluorescent Chemosensors: The Past, Present and Future》。

主题与背景
本文是一篇系统性综述，全面回顾了荧光化学传感器（fluorescent chemosensors）领域150年来的发展历程，重点总结了近50年的突破性进展。荧光化学传感器是通过结合位点、荧光团及两者间的信号传递机制设计的分子探针，广泛应用于生物学、生理学、药理学和环境科学等领域。文章旨在梳理该领域的关键里程碑、设计策略、传感机制及未来挑战。

主要观点与论据

1. 荧光化学传感器的历史与发展
   文章指出，首例荧光化学传感器可追溯至1867年，F. Goppelsröder利用桑色素（morin）与铝离子（Al³⁺）形成荧光螯合物检测铝离子。早期研究集中于金属离子检测，因其在水中的选择性结合更易实现。1980年代后，受De Silva和Czarnik的开创性工作启发，传感器设计扩展至阴离子和中性分子。例如，De Silva团队开发的PET（photoinduced electron transfer，光诱导电子转移）机制传感器为后续设计奠定了基础。

2. 设计策略与传感机制
   文章归纳了五种核心传感机制：

   • CHEF（chelation-induced enhanced fluorescence，螯合增强荧光）：金属离子结合后增强荧光（如早期Al³⁺传感器）。
     
   • ICT（intramolecular charge transfer，分子内电荷转移）：分析物结合改变电子分布（如pH传感器）。
     
   • PET：通过电子转移调控荧光（如K⁺传感器3）。
     
   • AIE（aggregation-induced emission，聚集诱导发光）：聚集态发光（如Zn²⁺传感器14）。
     
   • 化学计量反应（如Hg²⁺触发的脱硫反应）。
     代表性案例包括：Tsien设计的BAPTA-Ca²⁺传感器（6、7），以及近期的双光子（TP）传感器8、9，可实现活体组织中Na⁺/Ca²⁺动态监测（图3）。
     

3. 阳离子检测的突破

   • 碱金属与碱土金属：如K⁺传感器3（基于[2,2,3]-三氮杂冠醚）和Mg²⁺传感器4、5（基于8-羟基喹啉），后者通过抑制PPT（photoinduced proton transfer，光诱导质子转移）和PET实现信号开启。
     
   • 过渡金属：如Cu²⁺传感器11（罗丹明B衍生物的水解反应）和Zn²⁺传感器14（螺苯并吡喃结构），后者可在pH 3–7范围内选择性成像溶酶体Zn²⁺。
     
   • 重金属：如Hg²⁺传感器15、16（基于脱硫反应），其中16可实时监测斑马鱼器官中的Hg²⁺积累。
     

4. 阴离子检测的创新

   • 主客体相互作用：如Zn²⁺复合物21通过强结合焦磷酸（PPi）实现纳摩尔级检测；氰化物染料22（商业化为肿瘤显影剂）。
     
   • 化学反应：如超氧自由基（O₂•⁻）传感器27a–c（三氟甲基激活的磺酸酯水解），线粒体靶向传感器27c可定量监测线粒体O₂•⁻。
     

5. 中性分子与生物大分子传感

   • 活性硫物种（RSS）：如半胱氨酸（Cys）/谷胱甘肽（GSH）传感器34通过不同发射通道区分两者；H₂S/H₂Sn双通道传感器36（基于叠氮香豆素与苯甲酸酯的选择性反应）。
     
   • 生物大分子：如β-半乳糖苷酶（β-gal）传感器51通过近红外（NIR）荧光比率变化实现肿瘤模型实时成像；阿尔茨海默症标志物Aβ斑块传感器49a–e（基于双光子探针）。
     

6. 挑战与未来方向
   文章指出当前问题包括：

   • 部分传感器合成复杂（如TAC类K⁺配体）。
     
   • 生物相容性与稳定性不足（如NADH传感器32易光解）。
     未来趋势包括：
     
   • 开发多模态传感器（如逻辑门传感器17–19）。
     
   • 结合超分辨显微技术提升时空分辨率。
     

意义与价值
本文不仅梳理了荧光化学传感器的学科脉络，还通过40余个代表性工作展示了其跨学科应用潜力。例如，传感器12（Cu²⁺检测）为威尔逊病诊断提供了新工具，传感器50（COX-2响应）可区分炎症与癌症。文章特别强调，该领域的持续发展需结合新型荧光团、显微技术和生物医学需求，为下一代传感器设计指明方向。

亮点总结
1. 历史全景：首次系统整合150年发展历程，突出De Silva与Czarnik的奠基性贡献。
2. 机制分类：明确五大传感机制的设计逻辑与适用场景。
3. 应用导向：涵盖从环境污染物（Hg²⁺）到疾病标志物（Aβ斑块）的多样化检测目标。
4. 前瞻视角：提出“预探针”（pre-probe）等新概念，如Gunnlaugsson团队将糖基化萘酰亚胺用于靶向癌细胞成像（参考文献55）。