在現有的三種熒光檢測模式中，相比于熒光淬滅和熒光比率模式，熒光點亮模式具有明顯的優越性。這是由于其不僅可以完全消除背景信號的干擾，而且只能基于化學親和作用實現熒光點亮從而排除碰撞淬滅造成的干擾。在不同的熒光點亮機制中，扭轉分子內電荷轉移（twisting intramolecular charge transfer，TICT）由于環境依賴性強而成為理想的熒光點亮方式。針對TICT的熒光點亮主要有兩種策略：i）利用待測分子結合扭轉基團從而提高TICT探針分子的扭轉勢壘；ii）利用待測分子的誘導效應提高TICT探針分子的電荷轉移能力。然而，如何實現檢測前后熒光信號變化程度的最大化，即將檢測前無勢壘扭轉的TICT探針在檢測后完全抑制其扭轉依然是巨大挑戰。針對TICT基探針分子的熒光點亮方法，中國科學院新疆理化技術研究所爆炸物傳感檢測團隊創新性地提出了一種完全抑制無勢壘TICT的熒光點亮檢測新策略，即利用待測分子直接打斷TICT探針分子的扭轉基團從而實現熒光團的熒光信號徹底恢復。

為了驗證該策略的可行性，科研人員以既是環境污染物又是非制式爆炸物原料的KMnO₄為檢測目標物，基于典型的香豆素熒光團，引入高扭轉自由度的丙烯?；鳛榕まD基團，設計合成了（2-氧代色素-7-基）丙-2-烯酸酯（(2-oxochrome-7-yl) prop-2-enoate，OCPE）探針分子。通過理論計算OCPE探針分子的勢能面、電子空穴分布和片段躍遷密度矩陣充分證明了該研究所提策略的可行性?；谠摬呗詫崿F了對KMnO₄的熒光點亮檢測，檢測限低至0.95 nM。進一步基于OCPE探針集成OCPE-紙基和OCPE-水凝膠傳感器，成功實現了對KMnO₄溶液（裸眼檢測限10 μM）和單顆粒（2.3 μm，6.6 pg）的直接熒光點亮檢測，驗證了所設計合成的OCPE探針的現場檢測實用性。該研究不僅為TICT基熒光分子的設計提供了新的思路，而且為未來智能化精準識別傳感器的發展奠定了一定的實驗和理論基礎。

相關成果以“Complete Inhibition of the Rotation in a Barrierless TICT Probe for Fluorescence-On Qualitative Analysis”為題發表在《分析化學》（Analytical Chemistry）雜志上，王廣發博士和萬知欣碩士為共同第一作者，竇新存研究員和蔡珍珍副研究員為通訊作者，中國科學院新疆理化技術研究所為第一單位。該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會及自治區等項目的資金支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c02407

OCPE探針設計策略、響應機制及熒光點亮微米級KMnO₄顆粒