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仅凭单一荧光团同时读取微环境的物理和化学性质仍是一项挑战。在此，我们证明，一种近红外花菁染料 CyC4 内共存的两种分子平衡能够编码两个机理上相互独立的比率型报告通道。介于中位的氨基与侧链羧酸根形成可调控的分子内氢键，使该染料在闭合型（700 nm）和开放型（780 nm）发光构象之间转换。含时密度泛函理论（TD-DFT）计算表明，氢键使最低未占据分子轨道（LUMO）能级升高并导致发射光谱蓝移，从而确立 700/780 发射比值作为局部氢键作用和极性的报告参数。另一方面，在拥挤且富含共溶剂的条件下，发色团发生自缔合，形成具有蓝移 H 型吸收特征的聚集体，其吸收峰位于约 530–540 nm；在 540 nm 激发下，该聚集体在约 610 nm 处产生独特发射。相对于单体发射，聚集体发射带的强度比值（Ra）可作为拥挤程度和自缔合的比率型报告参数。由于这两个通道源于不同的分子平衡（分子内氢键作用与分子间自缔合），二者在很大程度上相互解耦：甘油滴定系列证实，在氢键通道基本保持不变的情况下，可以调节自缔合通道（Ra）。将该方法应用于蛋白质–PEG 生物分子凝聚体时发现，随着盐浓度升高，两个比值呈相反变化，表明其内部的化学环境（极性、氢键作用）与物理环境（堆积、自缔合）在盐浓度梯度中协同变化；因此，单次 CyC4 测量即可绘制这种耦合微环境的图谱，为拥挤微环境的多参数比率型传感提供了一种通用策略。
从单一荧光团同时读取微环境的物理和化学性质仍然是一项挑战。在此，我们证明，一种近红外花菁染料 CyC4 中共存的两种分子平衡能够编码两个机理上相互独立的比率型报告通道。介位氨基和侧链羧酸盐形成可调控的分子内氢键，使该染料在闭合态（700 nm）和开放态（780 nm）发射构象之间转换。含时密度泛函理论（TD-DFT）计算表明，氢键能够抬高最低未占分子轨道（LUMO）的能级并使发射发生蓝移，从而使 700/780 发射比成为局部氢键作用和极性的报告信号。另一方面，在拥挤且富含助溶剂的条件下，发色团会发生自缔合，形成具有蓝移 H 型吸收特征的聚集体，其吸收峰位于约 530–540 nm；在 540 nm 激发下，该聚集体在约 610 nm 处产生独特发射。该聚集体发射带相对于单体发射的强度（Ra）可作为拥挤程度和自缔合的比率型报告信号。由于这两个通道分别源于不同的分子平衡（分子内氢键作用与分子间自缔合），二者在很大程度上彼此解耦：甘油滴定系列证实，在氢键通道基本保持不变的情况下，可以调节自缔合通道（Ra）。将该体系应用于蛋白质–PEG 生物分子凝聚体后发现，随着盐浓度升高，两个比率呈相反方向变化，表明在该盐浓度系列中，内部的化学环境（极性、氢键作用）与物理环境（堆积、自缔合）协同变化；因此，单次 CyC4 测量即可对这一耦合微环境进行描绘，为拥挤微环境的多参数比率型传感提供了一种通用策略。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.29.747692v1?rss=1
🏷️ 花菁染料 多参数荧光传感 分子内氢键 分子自缔合 生物分子凝聚体 比率型传感