随着抗生素的滥用，临床多重耐药菌（超级细菌）的出现严重危害了住院病人和老龄人口的生命健康，由此，对于超级细菌便捷、快速的探测将有助于细菌感染的早期诊断和精准治疗。针对传统微生物检测技术操作繁复、耗时长、对仪器设备要求高等缺陷，研究团队发展了一种新型简易的多色荧光传感阵列，实现了细菌的高效识别与区分。前期研究工作中，团队与美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan Sessler教授团队合作，对FDA批准的一种铁螯合剂药物Deferasirox (ExJade)进行结构改性，合成了具有荧光性质的ExJade衍生物，并初步验证了其在细菌生物被膜荧光可视化中的应用（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1278-1283）。

在上述研究基础上，团队进一步对ExJade的多个苯环取代位点进行化学修饰，通过调控母体结构的电子供受体效应，构建了荧光发射几乎涵盖全可见光谱带的ExJade衍生物库。理论结合实验研究表明，这些衍生物在水溶液中表现出包括聚集诱导发光（AIE）、激发态分子内质子转移（ESIPT）和电荷转移等在内的混合发光机制，并可通过与三价铁离子的螯合猝灭本征荧光。荧光成像实验表明，该系列衍生物可实现细菌的多荧光通道成像，且与商业细菌染料Syto 9不串光，为细菌的精准可视化研究提供了新的化学工具。此外，团队还构建了基于ExJade多色荧光衍生物库的细菌传感阵列，针对细菌对该系列衍生物不同的内化动力学，以及衍生物对细菌内源性三价铁离子差异化的荧光猝灭动力学，选取最大荧光差异窗口获得该阵列对不同细菌的高通量特征识别信号，继而应用主成分分析法对获取信号进行降维分析，成功实现了革兰氏阳性菌和阴性菌，临床分离耐药菌和药敏菌，以及经药物诱导产生不同耐药性金黄色葡萄球菌之间的精准区分，从而为临床超级细菌的快速甄别提供了一种高效、简易的新型化学探测工具。

化学与分子工程学院青年教师胡习乐博士、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Adam Sedgwick博士和Daniel Mangel博士为本文共同第一作者，贺晓鹏教授、Jonathan Sessler教授和Adam Sedgwick博士为本文共同通讯作者，研究工作得到了田禾院士的悉心指导。研究工作的光学性能测试和微生物实验主要由化学学院博士研究生尚莹、甘慧麒协助完成。本研究获得了国家自然科学基金委、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、上海市科委国际合作项目资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01155。

参考资料：https://chem.ecust.edu.cn/2022/0604/c6623a145462/page.htm