生物硫醇，如半胱氨酸（Cys）、谷胱甘肽（GSH）和同型半胱氨酸（Hcy），通过调节氧化还原平衡、促进细胞信号传导和控制细胞死亡在维持细胞健康方面起着关键作用[1]、[2]、[3]。这些生物硫醇的水平对保持良好的健康状态至关重要，任何水平的增减都可能与多种疾病和健康问题相关。例如，半胱氨酸（Cys）水平过低可能导致生长缓慢、疲劳和肝脏问题。谷胱甘肽（GSH）的水平异常与帕金森病、艾滋病和癌症等疾病有关。血液中同型半胱氨酸（Hcy）水平过高通常表明存在炎症、心脏病和神经相关问题[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。由于这些生物硫醇与许多疾病密切相关，开发可靠的检测方法已成为重要的研究焦点。
有多种方法可用于检测生物硫醇，包括简单的比色法、色谱法和电化学技术[12]、[13]、[14]。然而，这些传统方法通常需要复杂且昂贵的仪器、高成本的试剂以及繁琐的样品制备步骤，这限制了它们在生物学研究中的应用[15]。相比之下，小分子荧光探针因其高灵敏度、易用性和非侵入性而成为强大的工具[16]、[17]。它们还能提供实时、高分辨率的图像，特别适用于生物学和医学研究[18]、[19]。尽管已经开发了许多用于检测生物硫醇的荧光探针，但大多数探针在较短波长（< 600 nm）下发光[20]、[21]、[22]、[23]。例如，范等人报道了一种基于苯并噻唑亚氨基香豆素的荧光探针，该探针在528 nm处发出绿色光[24]。虽然这些探针能够有效检测600 nm以下的生物硫醇，但由于细胞自身的自荧光，它们会受到较强的背景荧光干扰，从而降低其在生物样本中的灵敏度[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。因此，在远红或近红外（NIR）范围（600–900 nm）内发光的荧光探针具有明显优势。它们可以更深入地穿透组织，产生较少的背景信号，并对生物样本造成的损伤较小[32]、[33]、[34]、[35]、[36]。然而，许多现有的远红或NIR探针仍存在量子产率低、斯托克斯位移小和光稳定性差等问题，这些因素降低了它们的成像性能[37]、[38]、[39]、[40]、[41]。例如，冯等人开发了一种用于检测半胱氨酸的NIR-42双模式传感器，在半胱氨酸存在下，其微弱的荧光强度增强了60倍，在574 nm激发下发出675 nm的光。然而，该探针在半胱氨酸存在下的量子产率仅为0.031[42]。因此，开发具有更好光学性质（如高量子产率、较大斯托克斯位移和强光稳定性）的新远红或NIR荧光团是必要的。这些改进将有助于设计出更可靠和高效的生物硫醇检测荧光传感器，从而在复杂的生物系统中实现准确的成像。
在这项工作中，使用BODIPY作为核心荧光团，并通过引入2,4,5-三甲氧基苯单元扩展其π共轭结构。基于这一设计，合成了两种衍生物：BTM1（单取代类似物，发射波长为630 nm）和BTM2（双取代类似物，发射波长为705 nm）。这两种衍生物进一步通过引入2,4-二硝基苯磺酰（DBS）基团作为可被硫醇切割的基团进行功能化，得到了BTM1-DBS和BTM2-DBS两种荧光探针（方案1）。当与生物硫醇（Cys、GSH和Hcy）反应时，这两种探针在630 nm（BTM1-DBS）和705 nm（BTM2-DBS）处显示出明显的荧光增强。BTM1-DBS和BTM2-DBS均表现出优异的光稳定性、较大的斯托克斯位移（分别为55 nm和60 nm）以及高量子产率（分别为0.6和0.5）。半胱氨酸的检测限分别为69 nM（BTM1-DBS）和163 nM（BTM2-DBS），显示出高灵敏度。我们进一步通过活细胞成像和人血清分析验证了它们的实用性，突显了它们在疾病诊断和生物医学研究中的潜力。
