内容提要
本文报道了一系列氟硼染料BOQHYs表现出比商业LD Tracker BODIPY 493/503（约10 nm）明显更大的Stokes位移（>100 nm）。苯基“转子”的引入赋予BOQHYs 3b-3e增强的聚集诱导的发射活性、粘度响应性和优异的亲脂性，使得它们能够以快速和免洗涤选择性染色LD，具有突出的信噪比。三维时间分辨共聚焦荧光成像验证这些染料有效捕获LD融合和裂变事件的能力，突出了它们在LD相关细胞生物学和疾病诊断中的潜在应用。
染料设计与合成
LD由于其中性脂质核心而表现出高亲脂性，这是探针设计和合成的基础。具有较高ClogP值的探针更适合用于LD成像。此外，在限制亲脂性环境中的LD显示出约50 cP的粘度，显著超过细胞溶质的典型粘度100 cP，当LD无序时粘度进一步增加。因此，基于这些双重特征的靶向LD可以显著提高探针的灵敏度和选择性。四苯乙烯，由四个苯环和一个C → C双键组成的简单分子，具有突出的AIE活性和显著的亲脂性，因此，引入四个苯环以构建螺旋桨形硼二吡咯亚甲基（BODIPY）类似物有望实现高度特异性的LD成像。通过在室温下将正己烷缓慢扩散到3d的二氯甲烷溶液中获得化合物3d的单晶。晶体结构显示，与喹喔啉稠合的两个新形成的B-N环形成高度平面和大π共轭核。在结构内，四个苯环（标记为ABCD）表现出显著的扭曲，偏离核心平面的二面角分别为53.64 °、47.31 °、34.35 °和55.33 °。这些非共面苯环显著增加了BOQHYs分子之间的分子间距离，有效抑制π-π堆积，防止ACQ。3d的晶体堆积图清楚地表明，两个相邻的分子在晶体状态下形成反平行位移的二聚体，二面角为0.0 °，面对面距离为4.820 °
光物理性质
与常规BODIPY染料相比，这些新的BF 2络合物表现出更宽的吸收和发射，光谱特征与报道的BODIPY类似物相似。所有染料在紫外-可见光范围内显示两个不同的吸收带具体地，3a在每个吸收带上具有两个最大值和一个微弱的肩部，而3b-3e显示出增加的带间距和精细结构的损失。3a的吸收光谱发生轻微的蓝移（约10 nm），而3d和3e的吸收光谱几乎没有变化，在所有染料的发射带中没有观察到与溶剂极性相关的显著趋势，表明这些化合物的物理化学性质受分子内电荷转移（ICT）效应的影响很小在光激发下，3a发射明亮的黄光（486，519 nm），量子产率（ΦF）为0.53。然而，观察到3b-3e的发射中心位于600 nm。值得注意的是，染料3d和3e表现出弱发射（ΦF < 0.01），表明在分散状态下，激发态能量通过苯环旋转非辐射耗散随后，研究了BOQHYs在聚集状态下的排放特性。染料3a在从溶液转变为固态时显示出荧光强度的显相反，染料3b-3e显示出发光的显著增强，绝对荧光量子产率从<0.01增加到0.16-0.39。为了进一步研究BOQHYs的AIE行为，我们研究了具有代表性的化合物3d和3e在四氢呋喃-水体系中的光学性质。在水含量（fw）为0%-30%范围内，吸收光谱变化很小，表明分子在溶液中保持良好的分散，没有明显的聚集;同样，发射光谱几乎没有变化，进一步证实了弱的ICT效应;然而，当fw超过30%时，吸收光谱出现轻微的拖尾和增宽，这表明轻微的分子聚集的开始，随后是 当fw > 50%时，3d在449 nm处的吸收明显降低，出现几个红移峰，表明形成了聚集体。当fw > 70%时，由于来自较大的松散堆积的纳米级聚集体的Mie散射，在600和800 nm之间出现明显的光谱拖尾。在fw为80%时，发射最大化，在565和597 nm处具有双峰。值得注意的是，荧光量子产率达到61%，远远超过THF溶液（<1%）和固态（39%）中的荧光量子产率，表明这些染料倾向于在水-THF混合物中产生具有增加的亮度的微晶纳米颗粒. 然而，当fw90%时，荧光显著降低。这可能是由于非发射性无定形颗粒或染料沉淀的形成，如实验中观察到的明显沉淀所证明的。此外，3e表现出与3d类似的行为，并且在fw为80%时荧光量子产率达到55%。实验数据显示当甘油浓度从0%增加到80%时，3d在597 nm处的最大增强为419倍，3e在600 nm处的最大增强为145倍。这种显著的“开启”荧光增强与在THF-H2O体系中的观察结果一致，表明分子内转动受限是导致AIE现象的原因，Förster-Hoffmann方程显示，在1.38-40.68 cP的粘度范围内，3d的log 10（I597）和log 10（η）表现出稳健的线性关系，而3e在低粘度（1.38-7.05 cP）和高粘度（7.05-79.55 cP）区域显示出明显的线性关系。为了进一步阐明AIE的机理，我们评估了3d和3e在甲醇-甘油体系中的粘度响应性。实验数据显示当甘油浓度从0%增加到80%时，3d在597 nm处的最大增强为419倍，3e在600 nm处的最大增强为145倍。这种显著的“开启”荧光增强与在THF-H2O体系中的观察结果一致，表明分子内转动受限是导致AIE现象的原因，Förster-Hoffmann方程显示，在1.38-40.68 cP的粘度范围内，3d的log 10（I597）和log 10（η）表现出稳健的线性关系，而3e在低粘度（1.38-7.05 cP）和高粘度（7.05-79.55 cP）区域显示出明显的线性关系。仅在甘油中显示荧光响应。这种粘度依赖性荧光响应通过在高粘度LD环境中放大目标信号同时最小化背景而突出了其用于LD成像的潜力。
活细胞荧光成像
鉴于BOQHYs的优良光学特性，我们验证了其在LD生物成像中的应用。3d由于其上级的AIE特性而被选择用于成像实验。在成像之前，使用标准MTT测定法评估3d在HeLa细胞中的细胞毒性。表明即使在高达50 µM的浓度下，细胞毒性也可忽略不计，细胞存活率>90%。然后，进行共定位成像实验以检查3d的细胞内定位。随后用特异性细胞器标记物对用3d预处理的细胞进行染色，观察到3d和LD标记物之间的显著共定位，Pearson相关系数为0.90，该相关性显著高于溶酶体中观察到的相关性。实验证实LD中的红色和绿色通道没有串扰干扰。这些发现共同表明，3d优先在活细胞中的LD内积累。当进行细胞染色实验时，商业探针BODIPY 493/503、尼罗红和Lipi-Deep Red用于比较分析结果表明，这些常规染料在细胞质中产生显著的非特异性背景信号。相反，用3d染色的细胞在LD中显示出强的荧光信号，背景噪声最小，这归因于探针的高亲脂性和在高粘性LD环境中的AIE效应。结果表明，3d孵育30分钟后细胞的直接成像产生的图像与洗涤后获得的图像没有区别。这种免洗涤成像技术简化了细胞成像工作流程，同时为实时监测LD形态动力学提供了有价值的工具。随后，我们研究了3D的能力，使实时监测LD动态活细胞。将HeLa细胞与10 µM的3d探针孵育30 min，然后每分钟进行一次共聚焦激光显微镜成像。（绿色、红色、蓝色、粉红色和黄色），以可视化不同时间点细胞中LD的空间分布结果揭示了HeLa细胞中LD在4分钟内的显著动态行为，包括在短时间间隔内发生的运动、解离和融合具体地，LD 1在前三分钟期间几乎保持静止，然而，在第四分钟记录到快速位移，计算的移动速率为约5 nm/s。同时，LD 2经历独特的解离-融合事件，在第二分钟和第三分钟之间分裂成两个相似大小的LD，随后在随后的60秒内融合。这种动态行为以前没有使用传统的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像报道过。值得注意的是，荧光信号在整个跟踪过程中保持稳定，并且没有观察到细胞活力的改变，证明了3D在共聚焦激光照射下具有优异的光稳定性和低的光毒性。
结论
我们提出了一种简便的合成新BOQHYs 3a-3e，这些染料在溶剂和固体状态下均表现出更大的斯托克斯位移（>100 nm）。苯基“转子”掺入赋予3b-3e优异的AIE活性和亲脂性，使得它们能够以快速、免洗涤的方式以高SNR选择性地染色LD。通过利用3d，可以实时监测LD的动态行为，并且“运动，观察到LDs的“解离-融合”过程，这一工作不仅为AIE活性氟硼配合物的构建提供了一种简便的方法。
参考文献
Rational design of aggregation-induced emission-active bisboron complexes (BOQHYs) for high-fidelity lipid droplet imaging，Sisi Wang, Xian Bi, Hua Zhu, Xiaobo Ji Hua Lu, Zhen Shen，Aggregate. 2025;6:e670. https://doi.org/10.1002/agt2.670.
