在现有的三种荧光检测模式中，相比于荧光淬灭和荧光比率模式，荧光点亮模式具有明显的优越性。这是由于其不仅可以完全消除背景信号的干扰，而且只能基于化学亲和作用实现荧光点亮从而排除碰撞淬灭造成的干扰。在不同的荧光点亮机制中，扭转分子内电荷转移（twisting intramolecular charge transfer，TICT）由于环境依赖性强而成为理想的荧光点亮方式。针对TICT的荧光点亮主要有两种策略：i）利用待测分子结合扭转基团从而提高TICT探针分子的扭转势垒；ii）利用待测分子的诱导效应提高TICT探针分子的电荷转移能力。然而，如何实现检测前后荧光信号变化程度的最大化，即将检测前无势垒扭转的TICT探针在检测后完全抑制其扭转依然是巨大挑战。针对TICT基探针分子的荧光点亮方法，中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队创新性地提出了一种完全抑制无势垒TICT的荧光点亮检测新策略，即利用待测分子直接打断TICT探针分子的扭转基团从而实现荧光团的荧光信号彻底恢复。

为了验证该策略的可行性，科研人员以既是环境污染物又是非制式爆炸物原料的KMnO₄为检测目标物，基于典型的香豆素荧光团，引入高扭转自由度的丙烯酰基作为扭转基团，设计合成了（2-氧代色素-7-基）丙-2-烯酸酯（(2-oxochrome-7-yl) prop-2-enoate，OCPE）探针分子。通过理论计算OCPE探针分子的势能面、电子空穴分布和片段跃迁密度矩阵充分证明了该研究所提策略的可行性。基于该策略实现了对KMnO₄的荧光点亮检测，检测限低至0.95 nM。进一步基于OCPE探针集成OCPE-纸基和OCPE-水凝胶传感器，成功实现了对KMnO₄溶液（裸眼检测限10 μM）和单颗粒（2.3 μm，6.6 pg）的直接荧光点亮检测，验证了所设计合成的OCPE探针的现场检测实用性。该研究不仅为TICT基荧光分子的设计提供了新的思路，而且为未来智能化精准识别传感器的发展奠定了一定的实验和理论基础。

相关成果以“Complete Inhibition of the Rotation in a Barrierless TICT Probe for Fluorescence-On Qualitative Analysis”为题发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）杂志上，王广发博士和万知欣硕士为共同第一作者，窦新存研究员和蔡珍珍副研究员为通讯作者，中国科学院新疆理化技术研究所为第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会及自治区等项目的资金支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c02407

OCPE探针设计策略、响应机制及荧光点亮微米级KMnO₄颗粒