目前，随着核能利用和工业生产的持续扩大，对核素的需求稳步增加，这将不可避免地引发相应的环境、健康和安全危机[1]、[2]。铀作为核能的主要原料，在提取和利用过程中会以铀酰离子（UO22+的形式进入环境[3]、[4]。即使贫化铀仍具有微弱的放射性和重金属毒性[5]。根据先前的报告，当UO22+进入人体后，它们倾向于在肾脏和骨骼中积累，导致血液指标异常、器官损伤、基因突变甚至癌症[6]、[7]。亚细胞水平的研究表明，铀酰离子的放射性可损害线粒体和溶酶体等细胞器[8]、[9]。因此，研究用于细胞器定位的荧光探针并将其应用于监测UO22+在亚细胞结构中的分布对于研究其毒性机制及相关排泄促进药物具有重要意义。荧光传感技术在实时追踪细胞和体内UO22+的分布方面具有独特优势[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]，因为其具有高灵敏度、强抗干扰能力和可视化等优点。与其他类型的荧光探针[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]相比，小分子荧光探针具有结构简单、性能稳定和功能易于调节等优点[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]。然而，大多数用于检测UO22+的荧光探针基于单波长发射，其工作原理是配体诱导的荧光增强[44]或淬灭[37]、[39]。稳定性容易受到检测环境、光强度波动和光漂白等多种因素的影响。幸运的是，通过构建双波长发射荧光探针并利用荧光强度的比值作为检测基础，可以有效消除外部因素的干扰，从而提高检测灵敏度并减少误差。其中，引入双荧光团或采用激发态下的分子内异构化或分子内质子转移（ESIPT）等特定传感机制来构建自校准荧光探针，是实现比率荧光传感的先进策略[45]、[46]、[47]。ESIPT机制在构建自校准荧光探针方面具有明显优势，因为它具有固有的双波长发射和易于制备的特点[48]。然而，构建具有优异传感性能和生物靶向能力的自校准荧光探针极具挑战性。
众所周知，基于1,8-萘酰亚胺的衍生物荧光团因其优异的光学性质（如高量子产率、出色的光稳定性、低细胞毒性和易于功能化）而被广泛用于荧光探针的构建[49]、[50]、[51]。传统的基于1,8-萘酰亚胺的探针主要依赖于光诱导电子转移（PET）和分子内电子转移（ICT）机制，需要较少的活性基团。相比之下，构建离子配位型探针需要更多的配位基团，并且需要对萘酰亚胺荧光团进行修饰。
溶酶体是细胞的消化和代谢细胞器，其生理状态对维持细胞稳态至关重要。具有放射性和重金属毒性的UO22+进入细胞后会对溶酶体产生不良生物效应。因此，开发针对UO22+的溶酶体靶向荧光探针对于研究其在溶酶体中的分布和富集具有重要意义。通常，荧光探针分子本身不具备细胞器靶向能力。因此，需要引入活性靶向基团（如吗啉或三级胺基团）[52]、[53]，或制造纳米探针通过内吞作用被动靶向溶酶体[54]。显然，引入活性靶向基团可以确保荧光探针的更稳定性能。作为经典的溶酶体靶向基团，吗啉基团非常适合用于构建小分子溶酶体靶向传感器。
在本研究中，我们提出开发一种基于萘酰亚胺的荧光探针，该探针能够通过配位相互作用产生ESIPT效应，从而实现UO22+的比率传感。如图1所示，将N-(2-氨基乙基)-吗啉引入TNS的酰亚胺氮原子上作为溶酶体靶向基团，同时在4位引入杂环配体2-(4,5-二氢噻唑-2-基)苯酚作为配位基团。酚羟基和杂环环上的N原子会形成分子内氢键，在激发态下能够产生ESIPT效应。为了验证ESIPT机制，我们还设计了一种对照探针TNS-B，其中TNS的羟基被乙基保护，以防止ESPT效应的发生。如图2所示，后续光谱分析显示TNS在溶液中具有双波长发射（420 nm和540 nm）。加入UO22+后，420 nm处的荧光信号几乎不变。这一特征发射峰可作为稳定的内部校准信号，从而提高检测的准确性。此外，这种方法在减轻细胞成像实验中探针分布不均匀的影响方面特别有效。基于比率荧光响应机制，它在现场检测中也表现出优异的性能，可以提高视觉检测的准确性。引入吗啉基团确保了探针具有优异的溶酶体靶向性能，便于生物成像。
