量子化学引导设计近红外探针实现凋亡细胞中线粒体SO2衍生物与粘度双重监测

本文基于量子化学策略设计新型近红外荧光探针AXC-C，通过密度泛函理论（DFT）优化其分子结构，实现凋亡过程中线粒体粘度与SO2衍生物的双通道同步监测。探针利用扭曲分子内电荷转移（TICT）机制响应粘度变化，并通过静电势分析定位SO2作用位点，兼具高选择性与灵敏度，为细胞凋亡机制研究提供多功能成像工具。

Highlight

本研究通过计算化学辅助设计开发了新型近红外荧光探针AXC-C，其基于分子内电荷转移（ICT）机制实现双信号通路检测。该探针在粘度与SO₂衍生物检测中表现出卓越的选择性与灵敏度，且不受体系极性或干扰物质影响。AXC-C具备优异生物相容性，成功应用于线粒体粘度波动与SO₂衍生物生成的实时可视化监测，为凋亡研究提供强大工具。

Theoretical calculations

既往研究表明，香豆素6H框架可作为电子给体，而吲哚阳离子作为电子受体。受此启发，我们理论设计了荧光探针AXC-C，其通过碳-碳双键连接香豆素与吲哚阳离子。我们推测AXC-C可借助多个潜在分子转子响应环境粘度变化。激发态计算证实，扭曲分子内电荷转移（TICT）过程主导其粘度响应机制，同时静电势与局部电子亲和能分析明确了SO₂相互作用位点。

Conclusions

本研究通过计算化学辅助策略合成由ICT机制驱动的AXC-C双通路荧光探针。该探针在粘度与SO₂衍生物检测中展现优异性能，兼具高生物相容性，成功实现线粒体粘度变化与SO₂衍生物生成的动态可视化，为凋亡机制研究提供创新解决方案。